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专家调查"生不逢时"的科学道理——出生缺陷可能与太阳活动周期存在联系
来源 : 科学之家   发布时间 : 2015-08-11 11:44
宇宙射线就像一场永不停歇的雨水,一直沐浴着地球。只有当太阳耀斑引起奇幻的北极光,或者破坏电网时,人们才注意到它们的存在。尽管近期的研究将太阳活动周期和出生缺陷联系起来,但科学家们仍然不能确定这些辐射对人类的危害。

图片说明:摄影师Ray Hoffman在冰岛捕捉到的北极光景象。图片来源:sctv.com

多年来,大量研究已经证明,高剂量的宇宙射线会造成人类DNA永久性损伤,从而导致出生缺陷。然而,最近美国堪萨斯大学的一项研究发现,抵达地球的太阳活动辐射非常微弱,以致于无法伤害到地球上的细胞。

矛盾的观点

先前,关于宇宙射线和出生缺陷之间的关系有多种观点:一个是20多年前 David Juckett和Barnett Rosenberg发表的题为Correlation of Human Longevity Oscillations with Sunspot Cycles论文。该研究发现了寿命和太阳活动活跃水平的相关性,即:太阳活动水平越低,人类寿命越长;另一个是来自俄罗斯Kola 科学中心的Natalia Belisheva发现了太阳粒子活动和出生缺陷之间有类似的关联。

图片说明:来自太阳活动的辐射到达地面的量非常小,还没有实验能够确认,这些量的辐射能够引起出生缺陷。图片来源:Getty Images

这项研究的负责人、堪萨斯大学(University of Kansas)的物理学和天文学教授Adrian Melott说:“我们计算了到达地面的射线辐射,辐射的量太小了,无法解释出生缺陷问题。这些宇宙射线的辐射量相当于牙医给病人照X光射线的量,大概需要1000倍这种量的辐射,才会造成严重伤害。我们得出了自相矛盾的结果,经过计算我们预测,太阳活动产生的射线对地面的影响非常微弱。然而,实际结果显示,宇宙射线与出生缺陷确实存在联系。我们无法解释这一矛盾。”

他补充道:“宇宙射线或许比想象的危害更大,但是我们无需过度担心,我们一直都这样生活着。只有生活在高纬度地区的人们,才可能会受到更多太阳耀斑的伤害。”

"电离辐射"的危害

同时,研究人员观察了来自太阳的射线如何与地球大气层发生反应,产生“二次辐射”的危害。

Melott说:"宇宙射线的主要成分是质子,它们是在原子的所有电子被剥离后产生的原子核。有些射线来自太阳,还有的来自宇宙中其它剧烈的天文活动。大多数质子都会撞击在地球大气层上,而到不了地面,但是他们会发生‘空气簇射’产生其他粒子,其中一部分将会到达地面。"

图片说明:太阳活动产生的宇宙射线和地球大气层发生反应,产生了"二次辐射",二次辐射多数都到不了地面。图片来源:Getty Images/Stocktrek Images

根据研究,"空气簇射"产生的"电离辐射"会给人类和其他生物的健康带来了严重威胁。

Melott解释说:"电离辐射是一种可以将原子或分子撕裂的辐射。它能以多种方式危害人类健康,例如:引发皮肤癌,出生缺陷等。一般来说,宇宙射线引起的二次辐射大约有六分之一能够穿透大气层到达地面。目前,人类平均每年受到宇宙射线的辐射,相当于进行10次X射线胸透,这个量对人而言是安全的。"

"介子"的影响

研究人员仔细观察了太阳活动产生辐射的两种形式:介子和中子。Melott说:“介子是电子的‘表亲’,但它更重。它们是由大量宇宙射线产生的,并且是我们受到宇宙射线辐射的大部分来源,对于地球表面的生命来说,介子是非常危险的。”

令研究人员感兴趣的是在公元773-776年左右,那段时间地球受到了大量的太阳辐射。

Melott说道:“2012年在树年轮中发现碳-14的证据表明,大约在公元775年,地球遭受了大剂量的辐射。那是一个巨大的太阳粒子事件,比现代任何一次都至少要大10倍以上。我们的计算表明,即便像那样大剂量的辐射,对地球的危害也不大。也可能是我们的假设有问题,我们用的是传统的观点来分析介子造成的危害,但是或许有一些新的物理事件或现象,会使介子的危害性更大。”

Melott介绍,下一步研究将会测算DNA可以承受得住多少介子照射的量。他说:“在计算介子的影响时,我们使用关于介子效应的标准假设。但是没有人真正做过介子对DNA的影响实验,因为一般情况下,他们都不占主导地位。我们想把一些合成DNA置于介子束下,来测算真正的影响效果。”

扩展阅读

太阳活动对地球的影响


图片说明:太阳风暴对地球的影响。图片来源:xinhuanet.com

太阳活动是太阳大气层里一切活动现象的总称,包括:黑子、耀斑、光斑、日珥、日冕等,平均以11年为一个活跃周期。

处于剧烈活跃期的太阳活动会辐射出大量的紫外线、X射线、粒子流以及强射电波,从而对地球产生多方面的影响,例如:影响地球上空电离层,干扰甚至中断无线电短波通信;影响地球磁场,产生“磁暴”现象,影响飞机飞行,产生极光现象;影响地球气候,可能与自然灾害的发生存在联系。(科学之家,译审/编辑: F Cheng)

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