2019年1月3日,嫦娥四号探测器首次在月球背面南极-艾特肯盆地内的冯·卡门撞击坑内成功软着陆。其中有一台设备叫做“月表中子与辐射剂量探测仪”(LND)。
最近,这台设备探测的月表粒子辐射剂量的研究成果发表在《Science》子刊《Science Advance》上。《Science》也就是翻译为《科学》的学术杂志(名字如此简洁大家也能看出地位),是自然科学界首屈一指的杂志,子刊指的是主刊旗下刊物。
月表中子与辐射剂量探测仪安装的位置
粒子辐射剂量说的是什么呢?望文生义,它就是月球表面(嫦娥四号附近)探测到各种各样微粒在单位时间里的数量。中子、带电粒子(质子、电子、重离子)等等都在测量范围内。
人类尝试探索月球周围粒子的历史开始得非常早,1959年1月2日发射的“月球”1号携带了磁强计、离子腔和微流星体探测装置,飞行途中,它测量了月球和地球的磁场、宇宙射线的强度,测量了地球辐射带的外围,还测量到太阳发射的等离子流——“太阳风”,并且探测到的月球周围的太空中的磁场几乎为零,这些太空中的性质都不是在地面使用望远镜能够了解到的。它本来计划一头撞上月球,不过最后轨道计算得不太行,距离月球最近处约为5995公里,这之后就“擦肩而过”离开了。接下来,人类多次用无人探测器、载人飞船登陆月球,携带的仪器能力也越来越强,有些以前技术不能测的粒子能够测得到了,有些以前仪器分辨率识别不到的粒子参量能够识别出来了。嫦娥四号探测器的这台月表中子与辐射剂量探测仪,是由中国科学院国家空间科学中心和德国基尔大学联合完成,在国际上非常领先,月表实地的粒子辐射环境探测也是首次。
月表中子与辐射剂量探测仪外观
从论文来看,嫦娥四号这次实测到月表的粒子辐射剂量率为13.2uGy/h(si),其中,中性粒子(中子和伽玛射线)的辐射剂量率为3.1uGy/h(si),约占总比例的23%,品质因子为4.3,粒子辐射剂量当量约为60uSv/h。
大家从新闻上也能读到这些参数。这里跟大家解释一下,从单位来看,这里指的是单位质量物质接收电离辐射的平均能量,单位对应的是焦耳·千克-1(J·kg^-1),而单位的专名是戈[瑞](gray),符号Gy,也就是上边单位中的Gy。暂时与SI并用的专用单位名称是拉德,符号为rad。1Gy=1J·kg^-1=100rad,或1rad=10^-2J·kg-1=10^-2Gy。它是描述电离辐射能量的量。当电离辐射与物质作用时,其部分或全部能量可沉积于受照介质中。 其单位是拉德(rad),相当于1克物质接受1×10^-5焦尔的能量。1Gy=100rad。上文中另一个单位Sv读作希沃特,1Sv=1J· kg^-1。
几种辐射随时间的变化
大家对这些名词估计没什么概念。简单对比来说,这种辐射的量大约是北京地面的300倍,是我们坐一次飞机时接收到的5到10倍。
这些测量结果,为我国后续的嫦娥计划、特别是“载人登月”的实施提供了环境参数的参考,特别是设计航天员的辐射防护。