人造地磁场可以保护人类在火星上免受宇宙射线影响吗？

最近几年殖民火星计划十分火热。但实际上火星跟地球不一样，它需要许多人工建设配置来建成适合人类生存的环境。比如宇宙射线对人类的辐射影响非常大，而火星没有天然几何磁场来保护人类不受射线影响。

模拟静磁场可以保护火星上的殖民者免受宇宙射线的伤害。图像具有火山口墙壁和地板（棕色线），主屏蔽电缆（红线），东火山口墙上的返回电流（蓝线）和火山口墙外的返回电流（紫色线）。白色区域的屏蔽低于人体安全限值。火山口地板上的彩色区域为容纳移民者的栖息地。

基于达成移民火星的愿景，工程师们模拟了一个使用静磁场创建的人造磁场，它的行为就像旧的USS Enterprise上的偏转器一样，创造了一个能量场，可以使栖息地周围的危险粒子发生偏转。

设计火星殖民地磁力宇宙宇宙射线盾

科学家们假设该盾牌用来保护火星的奥马哈陨石坑，其直径为9公里（5.6英里），深度为2公里（1.2英里）。对于这样大小的陨石坑，盾牌的功率要求为80kW（107马力），与小型车大致相同。

奥马哈陨石坑与北/南中心线的船员设施合照。火山口东西边缘附近设置的屏蔽设施太弱了。

有些人建议可以暂时利用隐藏在地下的洞穴来躲避辐射伤害。也有其他的声音反应可以建立一个人工湖来防御火山口附近的辐射。但这些都不是长久之计，也无法从源头抵抗宇宙辐射伤害。

从理论上讲，静磁场可以保护移民者，并可以扩大规模以保护较大的人类栖息地。而在未来通过移动运输设备，有一天可能会看到这种类型的保护，使得任务远远超出栖息地的保护范围。

也许你会有疑问，为什么不使用静电来设计防护罩？

因为它不适用于火星大气层。大气的电导率太高，无法形成有用的静电屏蔽电位。它比地球的大气电导率高两个数量级，如果在火星上持续地放电，这会妨碍工作人员的操作。

静磁盾可能会偏转所有太阳风暴质子，几乎所有的太阳耀斑质子和超过一半的银河宇宙射线（GCR）质子。该设计采用现有技术，包括超导电力线，超导电磁铁和碳纳米管电缆。

屏蔽电缆（左）和建议的电力线布线

导流板的屏蔽是使用5个高温超导单极电源线产生的，其电流为24.8MA。所以，它还不是一个星际迷航的导流板。这些主屏蔽电缆间距为1.25km（0.78英里），比预冲击表面高500m（1640英尺）。中央电缆是一束100kA导体，最大直流电流为6.4MA。使用悬挂在火山口地面上方1公里（0.62英里）处的线路将电流返回到主电缆。

模拟仿真表明，盾牌对于1GeV的质子有效，对于屏蔽电缆垂直间隔的每100米（328英尺）减少，屏蔽效能降低约100MeV。

然后将所有这些电缆接地并通过固定在火山口边缘和壁上的镍/铁塔悬挂。科学家们还使用近100公里（62英里）的制冷电缆进行冷藏。

陆地制冷需求大约为1 W/m，极度寒冷的火星环境减轻了制冷需求，因此功率需求可能在30到80千瓦之间。

火星群体宇宙射线偏转器的模拟结果

科学家们使用带有粒子跟踪的三维静磁有限元建模来模拟其设计。由于大约90％的电离宇宙射线是质子，因此模拟侧重于这种性质的粒子。

模拟假设质子垂直朝向屏蔽，因为它们最难偏转，因为它们在屏蔽内具有最短的停留时间。然而，为了验证这一假设，进行了模拟，证实了以低角度撞击护罩的质子很容易被偏转。

在顶视图和透视图中都给出了模拟结果，以评估屏蔽上垂直注入的500-MeV和1-GeV质子的屏蔽。结果表明，几乎所有500-MeV质子和超过一半的1-GeV质子都被偏转。

质子（白线）垂直跟踪，火山口由红线表示（ 仅限顶部图像）。结果表明，几乎所有500 - MeV质子都被偏转，而1 - GeV质子中有一半以上分别在模拟中偏转

质子（黑线）垂直跟踪，火山口由红线表示（仅限顶部图像）

结果表明，几乎所有500 - MeV质子都被偏转，而1 - GeV质子的一半以上分别在模拟中被偏转

这些结果转化为几乎所有太阳耀斑质子和超过一半的GCR质子的偏转。科学家宣称这个人造地磁场超过了地球自然地磁场的性能。