为飞船建个磁场防御盾

在经典科幻美剧《星际迷航》中，企业号飞船遇到危险时，不管遭遇到了辐射伤害还是陨石导弹，柯克船长都会大喊：“快启动防御盾！”此时，飞船周围会出现一种椭球形的力场防御盾，来保护飞船和船员的安全。

力场防御盾仍是一个很难实现的科幻概念。不过，我们人类要想在不远的未来进行长途太空航行，比如前往火星，那么就需要考虑如何减少来自太空辐射的伤害。

危险的太空

太空看上去很空旷，但事实上那里存在很多高能粒子，部分来自于宇宙深空的宇宙射线，大部分来自于太阳风。太阳风是太阳产生的超高速等离子体流，大部分成分是等离子氢流。其中，等离子体通常被描述为除了固体、液体和气体之外第四种物质状态。如果对物质不断加热，就会从固体、液体、气体，最后电子就能摆脱原子核，变成一团由离子和自由电子组成的物质。

太阳风能以极高的速度传播，如果其中的离子遇到飞船，它们就能穿过船体并损伤宇航员的DNA，可能导致辐射病甚至死亡。虽然原则上说，我们可以建艘很厚的飞船来保护宇航员，但这样的飞船会变得十分庞大和沉重，不管是建造还是发射，都是一个大难题。

那该怎么解决呢？英国科学家露丝·班福德博士有了一个不错的办法，她建议为飞船建造一个迷你磁层。

从某种程度上说，我们现在就安全地坐在一艘巨大的飞船上，这艘飞船就是地球。地球保护我们免遭太空辐射的办法，是借助地球磁场。地球的磁场有效范围能向外延伸数万千米，形成一个包裹地球的磁场区域，这就是地球的磁层。地球的磁层在与太阳风的相互作用下，捕获了一些离子体，形成了一种稳定的离子体层，包裹着地球。等离子体层的作用类似于垫子，可以抵御太阳风的冲击。所以，地球上的生命可以在磁层的保护下安然无恙。

模仿地球的磁层

班福德和同事在英国卢瑟福·阿普尔顿实验室一直在研究如何给一艘飞船创建出自己的迷你磁层。这不仅仅需要让飞船能在自己的周围产生一个磁层，而且还需要能用自己生成的等离子体填入磁层中。与地球磁层的情况类似，太阳风与飞船磁层的相互作用后，会有助于磁层的稳定，还能补充一些等离子体，所以维持这个磁层所需的能量并不多。

其实，这种磁层类似于一种核聚变装置。这种装置叫做托卡马克，核心结构是一个环形的真空容器，外面缠绕着线圈。通电时，托卡马克的内部会产生巨大的螺旋型磁场，将其中的等离子体加热到很高的温度，以达到核聚变的目的。有磁层的飞船，其实就像把托卡马克进行内外翻转，让等离子体处在最外面，来保护里面的密封的船舱。事实上，班福德等人提出的一些设计方案，就把飞船设计成了与托卡马克类似的环形结构，舱体外面则被超导磁体包围着。当然，他们也提出了很多其他的方案，但目前的研究仍处于探讨阶段。

利用这个原理，我们还可以在其他星球上的太空基地建造迷你磁层，用来抵御宇宙射线的侵害。月球、火星和金星都缺乏一个类似地球的磁层，所以位于月球或火星表面上的基地，以及漂浮在金星大气层中的基地，都可以用这种迷你磁层来屏蔽辐射。也许，一些未来的太空指挥官跟柯克船长一样，也会大喊：“快启动防御盾！”

本文源自大科技<科学之谜> 2017年第8期杂志文章 欢迎读者们关注大科技官微：hdkj1997