一項新的研究表明，在火星表面深挖洞不僅可以防止有害輻射，還可能為未來在火星上生活的宇航員提供建築材料。在人類突破地球大氣層並展開火星探索之旅之前，科學家們必須評估在這顆紅色星球表面生活所面臨的諸多威脅。這包括傾瀉在火星上的大量宇宙輻射——特別是銀河宇宙射線（GCR）的帶電高能粒子。

根據美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）的介紹，銀河宇宙射線粒子“基本包含了現有的所有元素”。這些粒子起源於太陽系之外，很可能是由劇烈的宇宙事件（如超新星爆發）釋放出來的。在遇上地球時，大部分粒子會被地球周圍的磁場（即磁層）反射回去。

大量接觸銀河宇宙射線粒子可能會導致人類出現許多健康問題，如癌症、白內障和中樞神經系統損傷。由於火星缺乏類似地球的全球性保護磁場，使得銀河宇宙射線粒子能夠自由地進入火星大氣層，並到達火星表面。

在缺乏磁層的情況下，火星的大氣層是抵禦銀河宇宙射線的唯一防線。然而，這道防線非常薄弱：這顆紅色星球的空氣密度平均只有地球海平面的1%。當銀河宇宙射線進入主要由二氧化碳和氮組成的火星大氣層時，它們會由於電離而失去許多能量，這可能會阻止它們到達火星表面。研究作者發現，這一過程在很大程度上取決於大氣層的厚度，以及隨後施加到地表的大氣壓力。

和地球一樣，火星的地形變化很大。從奧林匹斯山的頂峰（約26公里高）到火星最深的撞擊盆地希臘平原（約7.1公里深），火星不同地區的大氣厚度有很大差別，到達火星表面的輻射量也有很大不同。研究人員寫道，火星不同地區大氣厚度的差異可達10倍以上。

研究人員還發現，銀河宇宙射線與大氣之間的相互作用還會產生另一種有害輻射，稱為次級中子輻射。大氣的屏障作用越大，到達火星表面的次級中子輻射就越多。

研究人員使用了先進的計算機模型“大氣輻射相互作用模擬器”（AtRIS），以及美國國家航空航天局（NASA）好奇號火星車收集的輻射數據，來模擬銀河宇宙射線在火星表面的暴露情況，並測量這些粒子滲透到表面塵埃和岩石（風化層）的深度。好奇號火星車於2012年登陸火星的蓋爾撞擊坑，其任務主要是探測火星氣候、地質及水的存在，並探測蓋爾撞擊坑內的環境是否曾經能夠支持生命。

分析結果顯示，銀河宇宙射線的有效輻射劑量在火星風化層30厘米厚度處達到峰值。研究人員還提出，要想在火星上安全居住（定義為年輻射暴露不超過100毫西弗）的話，需要1到1.6米的風化層“護盾”。“在一個表面氣壓較高的深坑中，所需的額外風化層護盾可以略薄一些，”研究作者寫道。

了解火星物質如何受到銀河宇宙射線的影響，以及火星大氣在改變輻射暴露方面所起的作用，是未來在火星上開發定居基地的重要一步。“長期以來，人們一直認為宇航員可以利用自然的地質結構，如洞穴天窗或熔岩管作為火星上的輻射避難所。”該研究的作者寫道，“我們的研究表明，在設計未來火星居住地時，使用自然表面材料來進行屏蔽保護，可能將有助於降低輻射風險。”這項新研究發表在2022年2月份的《地球物理研究雜誌：行星》（Journal of Geophysical Research： Planets）上。（任天）