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作者与机构
本研究的主要作者包括Jingnan Guo、Xiaolei Li、Jian Zhang等，来自中国科学技术大学、德国基尔大学、美国西南研究院等多个研究机构。该研究于2023年发表在《Geophysical Research Letters》期刊上。

学术背景
本研究聚焦于太阳高能粒子（Solar Energetic Particles, SEPs）事件对地球、月球和火星表面辐射环境的影响。SEPs是由太阳爆发（如耀斑和日冕物质抛射）产生的高能粒子，对航空航天活动、卫星产业以及人类深空探索构成重大辐射风险。特别是极端SEP事件可能显著增加月球和火星表面的辐射水平，威胁未来宇航员的健康与安全。尽管地面中子监测器（Neutron Monitors, NMs）已记录了73次地面增强事件（Ground Level Enhancement, GLE），但多行星表面的同步观测数据仍十分有限。本研究旨在通过多行星表面的辐射测量与建模，评估极端SEP事件对未来月球和火星探索的潜在辐射风险。

研究流程
研究流程分为以下几个步骤：
1. 辐射剂量测量
- 研究团队利用地球、月球和火星表面的辐射探测器获取了2021年10月28日GLE73事件的辐射剂量数据。
- 月球表面数据来自嫦娥四号着陆器上的月球中子与剂量实验（Lunar Neutron and Dosimetry, LND）和月球轨道上的宇宙射线望远镜（Cosmic Ray Telescope for the Effects of Radiation, CRaTER）。
- 火星表面数据来自好奇号火星车上的辐射评估探测器（Radiation Assessment Detector, RAD），火星轨道数据来自ExoMars微量气体轨道器上的Liulin-MO剂量计。
- 地球轨道数据来自德国Eu:CROPIS卫星上的辐射测量仪器（Radiation Measurement in Space, RAMIS）。

1. 粒子测量与光谱分析

   • 研究团队利用地球轨道上的多个卫星（如ACE、Wind、SOHO、GOES）获取了SEP的质子通量数据，并推导了事件积分光谱。
     
   • 通过Band函数拟合光谱，比较了GLE73事件与历史GLE事件的光谱特征。
     

2. 辐射剂量建模

   • 利用月球辐射模型“RedMoon”和火星辐射模型“ATRIS/Mars”，计算了GLE73事件在月球和火星表面的辐射剂量。
     
   • 模型考虑了行星大气和表土对SEP的屏蔽效应，以及次级粒子的产生。
     
   • 针对火星表面，研究团队还模拟了不同气压条件下的辐射剂量变化。
     

3. 历史GLE事件对比

   • 研究团队将GLE73事件的辐射剂量与历史GLE事件进行了对比，评估了极端SEP事件在月球和火星表面的辐射风险。
     

主要结果
1. 辐射剂量测量结果
- GLE73事件在月球、火星和地球表面均被检测到，这是首次在三个行星表面同步观测到GLE事件。
- 月球表面的辐射剂量最高，火星表面最低，主要原因是火星大气对SEP的屏蔽作用。

1. 粒子测量与光谱分析结果

   • GLE73事件的SEP光谱与历史GLE事件相比相对较低，表明其辐射强度较为温和。
     
   • 光谱分析显示，10-100 MeV的SEP通量对月球表面辐射剂量贡献最大，而200 MeV以上的SEP通量对火星表面辐射剂量贡献显著。
     

2. 辐射剂量建模结果

   • 模型预测的月球表面辐射剂量与实测数据基本一致，但火星表面辐射剂量的预测存在一定偏差，可能与SEP通量的空间分布有关。
     
   • 火星表面辐射剂量随气压变化显著，高海拔地区（低气压）的辐射剂量显著增加。
     

3. 历史GLE事件对比结果

   • 在过去的66年中，有12次GLE事件在月球表面的辐射剂量超过了急性辐射综合征（Acute Radiation Syndrome, ARS）的阈值（约700 mGy），但在火星表面未发现类似事件。
     

结论与意义
本研究首次实现了地球、月球和火星表面GLE事件的同步观测与建模，为未来月球和火星探索的辐射风险评估提供了重要依据。研究结果表明，极端SEP事件在月球表面可能对宇航员健康构成重大威胁，而在火星表面由于大气屏蔽作用，辐射风险相对较低。此外，研究还揭示了SEP光谱特征与行星表面辐射剂量之间的定量关系，为未来深空探索任务的辐射防护设计提供了科学依据。

研究亮点
1. 首次多行星表面GLE事件观测：研究首次在地球、月球和火星表面同步观测到GLE事件，填补了多行星辐射环境研究的空白。
2. 辐射剂量建模与验证：研究团队开发的月球和火星辐射模型与实测数据高度吻合，为未来辐射风险评估提供了可靠工具。
3. 极端SEP事件的辐射风险评估：研究首次量化了极端SEP事件在月球和火星表面的辐射风险，为未来深空探索任务的规划与实施提供了重要参考。

其他有价值的内容
研究团队还公开了所有实验数据和分析代码，供其他研究者参考和使用，进一步推动了相关领域的研究进展。

以上报告详细介绍了该研究的背景、流程、结果和意义，旨在为相关领域的研究者提供全面的参考。