在太阳活动极大期（solar maximum）前往火星比在太阳活动极小期（solar minimum）要安全得多，因为太阳活动的峰值会产生一个磁性“护盾”，能够偏转高能银河宇宙射线（GCRs）。虽然这一时期太阳耀斑更加频繁，但与来自太阳系外、源源不断的超高速粒子相比，耀斑产生的辐射更容易被屏蔽。2026年3月9日发表在Space Weather上的一项新研究证实，在活跃的太阳周期内发射，可使宇航员的总辐射暴露量减少多达 50%。
什么是银河宇宙射线？为什么它们在太阳活动极小期更危险？
银河宇宙射线（GCRs）是来自太阳系外、以接近光速飞行的高能质子和重离子。它们在太阳活动极小期尤为危险，因为这些粒子的通量会显著增加，达到 150-300 mGy/年的水平。这使宇航员面临严重的致癌和神经系统风险，而这些风险比太阳来源的辐射更难减轻。
银河宇宙射线代表着一种源自超新星等剧烈天文事件的持续轰击。与呈爆发式到达的太阳粒子不同，银河宇宙射线是一种稳定的“硬”辐射流，可以轻易穿透标准的航天器外壳。在太阳活动极小期，太阳的磁场影响最弱，导致这些星际粒子涌入内太阳系。由中国科学技术大学的 Chao Zhang 领导的研究表明，如果没有太阳活跃的干扰，单次任务中的银河宇宙射线水平可能接近欧洲空间局（ESA）设定的 1000 毫希沃特（mSv）职业生涯限值。
在火星任务中，太阳风暴如何抵御银河宇宙射线？
太阳活动通过增强日球层磁场来调节银河宇宙射线的暴露量，该磁场充当了抵御星际粒子的物理屏障。在太阳活动极大期，增强的太阳风和磁场湍流会“扫除”射入的银河宇宙射线。尽管太阳耀斑的频率增加，但这降低了到达飞往火星的航天器的总体辐射通量，使航行更加安全。
太阳风是这种看似矛盾的保护作用的主要机制。随着太阳达到其活动高峰，它会喷射出大量的等离子体和磁能，从而扩张日球层。这种扩张创造了一个更加混乱且稠密的磁场环境，散射了射入的银河宇宙射线。一个利用 ESA 的火星微量气体轨道飞行器（TGO）和辐射效应探测宇宙射线望远镜（CRaTER）数据的国际团队发现，这种自然屏蔽效应非常强大，足以抵消太阳风暴带来的风险。据 ESA 辐射防护负责人 Anna Fogtman 称，通过锁定这些高峰期间的特定发射窗口，任务规划者可以精确量化通过太阳调节实现了多少辐射“收益”。
火星任务中应对太阳粒子事件需要什么样的屏蔽？
应对太阳粒子事件（SPEs）的有效屏蔽通常涉及富氢材料，如聚乙烯或航天器内充满水的“风暴避难所”。虽然薄铝墙可以阻挡许多太阳质子，但它们对银河宇宙射线无效，甚至可能产生有害的次级辐射。在火星任务中，宇航员将在不可预测的太阳爆发期间退避到这些加固区域，以尽量减少急性暴露。
深空旅行的航天器设计必须考虑到不同辐射类型的“硬度”。太阳高能粒子虽然强度大，但能量比银河宇宙射线低，可以通过几厘米厚的屏蔽层阻挡。最近的研究利用分层水球模型来模拟人体器官如何吸收辐射，发现水基屏蔽对太阳耀斑非常有效。相比之下，银河宇宙射线的能量如此之高，以至于它们在撞击屏蔽层时经常引发次级粒子簇射，这对人体组织的伤害甚至更大。这使得太阳本身提供的“太阳极大期之盾”比人类目前能发射到轨道的任何重型装甲都有效得多。
行星际轨道的风险对比
任务物流在决定宇航员在前往火星旅途中接收的累积辐射剂量方面起着关键作用。研究团队分析了过去 60 年的转移轨道，对比了节能的长路线与高耗能的快路线。他们发现，当与太阳活动极大期同步时，更快的转移轨道可以减少 55% 的辐射暴露。即使是节省燃料的轨道，其辐射剂量也比太阳活动极小期期间的类似航行减少了 45%。这些发现对于 NASA 和 ESA 等机构最终确定从月球到火星（Moon-to-Mars）的架构至关重要，确保在 crew 安全与动力约束之间取得平衡。
来自 TGO 搭载的 Liulin-MO 剂量计的辐射测量提供了一个长达 15 年的数据集，证实了这些理论模型。研究表明，虽然火星任务仍是一项高风险事业，但“辐射悖论”提供了一个明确的机遇窗口。基尔大学（University of Kiel）的共同作者 Robert Wimmer-Schweingruber 强调，任务规划者必须谨慎瞄准这些窗口，以保持在职业辐射限值内。一旦到达火星表面，风险会进一步下降；行星巨大的体积提供了天然屏蔽，与深空相比，辐射暴露减少了 60%。未来位于熔岩管或洞穴中的栖息地可以进一步消除剩余的银河宇宙射线威胁。
对未来太空探索的启示
第 25 个太阳周期以及即将到来的第 26 个周期现在被视为人类探索的黄金窗口，而非令人恐惧的时期。当前的 G1 中等强度太阳活动最近导致在阿拉斯加州费尔班克斯（Fairbanks, Alaska）和瑞典斯德哥尔摩（Stockholm, Sweden）可见极光（Kp 指数为 5），这是太阳能量的直观提醒。正是这种照亮北方天空的能量，目前正在努力清除内太阳系中危险得多的星际辐射。通过顺应太阳的自然节律，人类可以向宇宙深处迈进，同时降低长期健康影响的风险。
实时太阳监测将成为这些高峰期宇航员安全的基石。虽然太阳活动极大期提供了银河宇宙射线护盾，但它需要先进的“天气”预报来提醒机组人员防范即将来袭的太阳粒子事件。剂量计技术和磁场建模的进步正在将太阳从主要威胁转变为战略盟友。当我们为下一个发现时代做准备时，辐射悖论证明，在严酷的太空环境中，家园恒星最活跃的时期，实际上是为前往红色星球的旅行者提供最安全港湾的时期。
- 主要发现： 对于深空旅行，太阳活动极大期比太阳活动极小期更安全。
- 数据来源： ESA 的 ExoMars TGO (Liulin-MO) 和 NASA 的 LRO (CRaTER)。
- 减少指标： 在太阳活动高峰期，辐射剂量最多可降低 55%。
- 核心风险： 银河宇宙射线（GCRs）比太阳耀斑更危险。
- 防护原理： 太阳风偏转银河宇宙射线；水基避难所阻挡太阳粒子。
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