地球的隐形防护盾

许开华

在科幻电影《黑豹》中，黑豹的家乡瓦坎达可以开启一个透明的防护罩，把瓦坎达完全罩住，外星入侵者很难突破保护罩。这看起来很有科幻感和未来感，但其实，地球一直以来都像瓦坎达一样，被类似的保护罩保护着。

“枪林弹雨”的太空

太空就像一个枪林弹雨的战场，危险并非来自横冲直撞的小行星、残暴的外星生物或邪恶的帝国战舰，而是来自小到看不见、摸不着的高能粒子。高能粒子如炮弹般以接近光的速度疾驰，轰击其路径上的任何东西，这就是宇宙辐射。宇宙中的高能粒子的穿透力比医用X光强得多，宇航员的宇航服、卫星的外壳都可以被它们穿透。当宇航员进行太空行走时，他们虽然什么感觉也没有，但这些杀人粒子正高速轰击他们的细胞。太空中的人类飞行器也曾多次被破坏。2009年，国际空间站上的三台俄罗斯飞行计算机全部坠毁，宇宙辐射应该就是破坏者。

最强的宇宙辐射来自太阳风。太阳风是由太阳上层大气射出的超高速带电粒子流，较强的太阳风不仅会伤害宇航员、破坏航天器，也会干扰地面上的通讯设备。

如果地球没有保护，地球生命将无法生存。

辐射如何伤害人体？

辐射就是扩散中的高能粒子，它们高速穿透生命体时，会破坏被击中的细胞，切断DNA。人体在单位时间内接受的辐射量越大，患癌的概率就越高。轻微辐射下，机体可以通过自身的代谢过程对受损伤的细胞或组织进行修复，这够不成伤害;如果人体接受的辐射超过安全剂量，患变的概率就会增加，如，医院里的单次X光片辐射量不大，但拍得过多就要小心了;如果在很短的时间内接受高强度辐射，人会患辐射病，出现呕吐、出血、身体溃烂等症状，甚至死亡，原子弹爆炸、核电厂事故产生的辐射就会对人体造成这种伤害。

地球的三层防护盾

高能粒子的牢笼——地球磁场

地球磁场由地核形成，磁力线从南极出发延伸至北极，形成包围着地球的巨大磁场，指南针指着相同的方向，正是因为地球磁场的磁极在南北极。当太阳风刮向地球或其他宇宙粒子飞向地球时，地球磁场会将高能粒子捕获，并把它们囚禁在特定的区域。

这些特定的区域像一大一小两个（有时会出现第三个）甜甜圈，以地球为圆心嵌套在一起，围绕在赤道周围，它们被称为“范艾伦辐射帶”，以发现者范艾伦命名。范艾伦内部辐射带位于地球表面以上约650～6500千米之间的区域，外部辐射带则位于约13000～60000千米之间的区域。在范艾伦带内，每平方厘米都有上百万颗粒子在移动，包括质子、中子和离子。

地球磁场通过这种方式阻挡了99.9%的有害辐射到达地球。

地球的“防弹玻璃”

在离地球表面大约11000千米的地方，大约是范艾伦辐射带外层的内边缘，有一个看不见的屏障，这个屏障明晰而稳定，无论多么厉害的粒子，即使是太阳风刮过来，也无法被撼动，粒子飞到屏障时就像子弹撞上了防弹玻璃。只要在离地面11000千米以内飞行的人造设备都会得到这个屏障的保护。

但是，这个屏障究竟是如何形成的？科学家还无法确定，有人认为，这与围绕地球的另一层物质——等离子体层（也叫“内磁层”）有关。等离子体层由低能粒子所组成，像一团看不见的云围绕着地球，也许是在它的某些作用下形成了这个屏障。

为我们防晒的臭氧层

大气层离地球表面越远越稀薄，外围并没有明显的界线。大气层是地球生命存在的基础之一，其中阻挡紫外线的是臭氧层，臭氧浓度较高的区域离地面约15至35千米。紫外线是一种很强的辐射，臭氧层通过吸收和反射，将大部分紫外线阻挡在外。不过，当我们在烈日下活动时，照射到我们身上的紫外线还是会对我们的皮肤产生一定的影响，如果防护不够，会让人晒伤，患皮肤癌和眼疾的概率增高，因此，我们还是要注意防晒。

原来，地球被如此精巧的防护盾严密地保护着，才有了地球生命的繁荣和人类文明的发展，这究竟是大自然偶然的杰作，还是有更高级的智慧生命刻意设计呢？

给太空探索带来的麻烦

地球磁场将高能粒子阻挡在外，保护了地球，但人类不甘心只呆在地球上，探索太空的野心越来越大，需要在太空执行的任务越来越多，尤其是未来载人登陆火星，或其他深空探索。太空飞行器有时必须穿越辐射带，宇航员需要在太空中生活较长时间，伤害会变得明显。不过目前数据还太少，不够科学家有效评估宇宙辐射对人体的伤害程度。据估计，在星际中旅行一年，人体内1/3的DNA会被切断，这使癌症的发病率急剧升高。

太空工程师们一直在想办法对抗宇宙辐射，一方面可以让太空飞行器绕过辐射带的密集区域飞行;一方面加强飞行器，尤其是载人舱的防辐射功能;当然还有宇航服需要合理设计。