流言:
近日,一则标注“紧急提示”的信息引来网友疯转,该信息称:如果今年9月到11月受孕成功怀孕,生下的这批孩子生长到5至6岁的时候可能有部分孩子会出现奇特的异能现象。因为近期银河系的奇怪暗能量粒子正在轰击地球。在这阶段受孕的孩子的DNA可能和常人有所不同。

谣言:高空空气稀薄,由此对人体的保护也直线下降,人们在高空受到的辐射,要比地面上高出100倍至300倍。去年科学家发现,一个月内两次长途飞行,就会吸收4.5mSv(毫希韦特)的辐射。相比之下,X光医师才吸收2.5mSv(原文如此)。

真相:
没有任何证据显示暗能量是以粒子的形态存在着的,常见的宇宙射线对生活在地球上的人的DNA也很难有什么大影响。最常见的来自宇宙的损伤DNA的物质实际上是阳光中的紫外线。

真相:高空的辐射确实强于地面,搭乘飞机受到电离辐射会增加,但通常来说,长途飞行增加的辐射接触非常低,两次几乎不可能达到4.5
mSv。一年内做几次次高空飞行增加的辐射接触带来的癌症风险非常低。

暗能量是什么?

流言中的暗能量粒子到底是什么东西呢?我们要先从什么是暗能量说起。

按照最基础的牛顿万有引力的原理,万有引力是一种吸引力,那么宇宙就应该在引力的作用下做减速膨胀甚至坍缩。但是实际的观测却表明,宇宙其实是在做加速膨胀的,物理学家于是猜测有一种我们所不知道的东西在天文学的大尺度上展现出了反引力的特性,这样才能推动宇宙进行加速膨胀。

这个神秘的东西就被称为暗能量。

另一方面,根据2003年美国发射的威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)对宇宙微波背景辐射在不同方向上的涨落的测量表明,宇宙的密度其实比我们原来观测到的所有的物质总和的密度还要大的多。

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WMAP的结果告诉我们在宇宙的组成成分中,4%是一般物质,21%是暗物质,75%是暗能量。/songshuhui.net

但是,暗能量到底是什么东西?没人知道,人们对暗能量的解释五花八门,中国科学院理论物理研究所研究员李淼曾半开玩笑地说,“毫不夸张地说,每一个研究过暗能量的人都有自己的理论。”最简单的一种解释则认为,暗能量是真空所固有的一种能量,因此它均匀分布在所有的空间之中,密度不随时间变化。按照果壳网友Sheldon的估算,跟地球体积相当的暗能量,其引力效果还不如一粒大米。

不客气地说,这个世界上没有任何一个科学家敢肯定地说,暗能量就是什么物质。如果有人真的能证明暗能量其实是以粒子形式存在的,那得一个诺贝尔物理学奖是实至名归的。

高空的辐射真比地面高出几百倍吗?

在日常生活中随时都会接触到电离辐射,有的来自食物,有的来自建筑材料,有的来自脚底大地里的放射性矿物,还有来自太空的宇宙射线。(有关电离辐射的健康风险,请看:电离辐射为什么会对健康造成风险。)

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人类辐射暴露来源示意图。图片来自Agency for Toxic Substances and Disease
Registry,ATSDR出版物。

作为地球人平均每年大约吸收2.4mSv的辐射。源自宇宙射线的电离辐射只占我们年平均吸收量的8%,这得归功于地磁场把带电粒子导向了两极,另外稠密的大气层也吸收了不少辐射。因此,如果飞得很高,那么头顶的大气相应就变得稀薄,我们吸收到的宇宙射线自然就会变多。从这个角度来说,此条谣言的逻辑倒也没错。

根据美国国家海洋大气局(National Oceanic and Atmospheric
Administration,NOAA)的数据显示,8万英尺(2.44万米)高空的辐射是水平面的300多倍。不过需要说明的是,首先,北纬35°零海拔处的宇宙辐射平均值为0.0401uSv/小时(uSv是mSv的千分之一),8万英尺处的辐射为11.2uSv/小时;可以看出,虽然高空中多了300多倍,但就其绝对值来说,也是非常低的。其次,普通客机的巡航高度大致在两万到五万英尺(6.1千米-1.525万米)之间,这个高度的宇宙辐射也达不到300多倍的水平。

联合国原子辐射效应科学委员会(United Nations Scientific Committee on the
Effects of Atomic
Radiation,UNSCEAR)计算过一次10小时飞行受到的电离辐射量约0.03mSv。如果要达到4.5mSv的水平,需要飞行1500小时,按波音737的800公里/小时的巡航速度计算要绕赤道飞30圈,减半计算,目前还没有如此“长途”的单程航程。

至于X光医师的职业暴露,按国际辐射防护委员会(International Commission on
Radiological
Protection,ICRP)的数据,每年在20mSv以下都是安全的。当然,X光医师实际的职业暴露是远低于这个标准的。

因此,“人们在高空受到的辐射,要比地面上高出100倍至300倍”的说法尚可接受,但“一个月内两次长途飞行,就会吸收4.5mSv(毫希沃特)的辐射”是完全错误的。另外,普通公众的辐射暴露跟X光医师的职业辐射暴露是没有可比性的。

在地面上担心宇宙射线?没必要!

那么,如果不是这个不靠谱的暗能量粒子呢?宇宙空间里还有什么东西会造成DNA损伤吗?

当然有,宇宙射线就是其中很常见的一个。中国大力推崇的太空育种就是利用宇宙射线引发植物种子的DNA变异,再从中挑选出有益于人类的变异。

但是,经过大气层的阻拦后,能到达地面的宇宙射线其实很少,辐射量大概在每年0.3-1.0mSv,平均是每年0.39mSv。(更多关于辐射量的单位问题,请阅读
辐射值,正常数字是多少?
)这个辐射量有多大呢?哪怕你一年内什么都不干,宅在家里不出来,也不去医院照X光,你依旧会从空气等地方受到总共大约2.4
mSv/年的辐射量,这叫做环境本底辐射。相比之下,宇宙射线在其中占的比例真的不多。人类也早已习惯这种照射。

也许你听说过在高空飞行会受到更多的辐射,不过,对于普通乘客,这也不是值得担心的一件事。因为按照计算机程序计算,搭乘香港至温哥华的航班辐射剂量大约为
0.04mSv ;而由香港飞到曼谷的辐射剂量则会大约是
0.005mSv。可见一般旅客所受辐射量并不高。国际放射防护委员会建议在环境本底辐射水平以外,一般非经常接触辐射的人士每年额外吸收的辐射剂量不应超过1mSv(包括孕妇)。因工作关系经常接触辐射的人士,上限则为每年20mSv。

当然,这里说的是正常情况下的穿过大气层的宇宙射线,如果是在离太阳系非常近的范围内发生剧烈的超新星爆发之类的特殊事件,那别说损害人类身体了,哪怕是引发物种大灭绝,都是有可能的。只是这种世界末日的几率极小,上亿年才可能有一次,与其担心这个,不如担心出门被车撞,这个的几率远远比前者高的多。

存在飞行辐射暴露最高限量吗?

包括我国在内的多个国家和辐射防护机构都建议,普通公众因商业航班而增加的辐射暴露限值为每年不超过1mSv,空乘人员每年因飞行增加的辐射限值为不超过20mSv(以上均不包括每年2.4
mSv的本底辐射)。当女性空乘人员怀孕时,航空公司要按照普通公众的每年1mSv的标准为其安排飞行工作。同样,这些机构也建议,如果是飞行特别频繁的商务人士,应该按照职业接触辐射的限值来计算,而不是普通公众。而且,就算是飞行频繁的空乘人员(约700小时/年),每年因飞行而增加的辐射暴露也只在2~5mSv。

过多的紫外线?也许你应该担心这个

来自宇宙又有潜力在平时对人体DNA造成明显伤害的,其实我们每天都会接触到很多,那就是紫外线。紫外线对人体有一定好处,比如诱导皮肤合成维生素D。但是过量的紫外线会导致晒伤甚至是某些形式的皮肤癌。

紫外线对DNA的损伤有直接的和间接的两种。紫外线中的UVA一般不会造成DNA直接损坏,而更多是会引发氧自由基之类的物质损伤DNA。而UVB则可能造成直接的DNA损伤。这些损伤最终可能引发致命的恶性黑色素瘤,92%的黑色素瘤都存在紫外线特征的基因突变。

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本来上下相邻的小T们(胸腺嘧啶,图上黄色条)在被紫外线损害以后,各自抛弃了本来原配的小A们(腺嘌呤,图上绿色条)而开始彼此拥抱,造成了DNA分子的肿胀、扭曲,导致DNA分子的异常。比如图片下方那些没有被扭转性向的小A们和小T们,它们在受到影响后就发生了左右反转。

不过,我们的身体是有修复损坏DNA能力的,修复不了的有时也会采取细胞凋亡来避免异常DNA的扩散。但是如果你受到的损害过大或者修复机制发生异常,那就可能导致癌症的发生。

那如果被损伤的是精子的DNA呢?会不会因此生下大异于常人的“暗人类”呢?随机的损伤刚好损伤出有益变异的几率是很低的。(很多很多的基因突变其实都是有害的)单单精子的DNA损伤本身,就是引发不孕不育的重要原因,都不孕不育了,那就更无所谓“暗人类”了。DNA的变异是会随着时间积累的,越来越多的证据表明,不仅母亲生育时的年龄会影响新生儿患先天性疾病的风险,父亲的年龄也会影响种系突变率。【
相关文章:老男人们,生娃要抓紧啦!

实际上,会影响改变我们DNA的物质无处不在,比如有较强致癌作用的多环芳烃类就广泛存在于我们吃的各种食物中,煎炸、烟熏、烧烤等烹饪加工都会产生多环芳烃,煤炭石油燃烧后产生的多环芳烃更是会进入大气,最后沉积在植物体内。多环芳烃会与DNA分子反应,形成一种加合物,最终导致DNA发生变异。

会和DNA形成加合物致癌的,除了多环芳烃类外,还有一种我们很可能听过的,就是原先广泛存在于草药中的“马兜铃酸”,它也会和DNA中的一些结构结合,导致DNA的损伤。电离辐射,一些化学物质(比如芥子气)则会导致非常难以修复的双链断裂,使部分染色体易位甚至缺失。很多病毒更是会直接将自己插入宿主细胞的DNA里面,比如HIV病毒在潜伏期的时候就会将自己完全整合到宿主的DNA上长达数年乃至数十年之久。

结论:流言破解。
没有任何证据显示暗能量是以粒子的形态存在着的,常见的宇宙射线对人DNA也很难有什么大影响。最常见的来自宇宙的损伤DNA的物质实际上是阳光中的紫外线,要注意防晒哦。

参考资料:

维基词条 UV_light Wilkinson
Microwave Anisotropy Probe Cosmic
rays
马兜铃酸

精子DNA损伤与保护 中华男科学杂志 2006, 12(7) 孙洁 周安方

香港天文台: 辐射小知识 –
飞行和宇宙辐射

 

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飞行真的“致癌”么?

目前,有关电离辐射致癌风险的关系,全世界都使用了审慎的“线性无阈值模型”,也就是说电离辐射不存在安全暴露阈值,任何剂量的电离辐射都有致癌风险,且风险大小和剂量相关。高空飞行时会吸收额外的电离辐射,确实可能增加癌症风险。

但人体受到电离辐射后产生的效应很复杂,基于两次原子弹实战、切尔诺贝利等核事故还有医学放疗积累的数据,现代医学对人体遭到大剂量电离辐射后产生的危害认识比较清楚,而由于流行病学和统计学调查的局限性,对于低剂量辐射的风险还存在相当多的争议。

具体到高空飞行上,近20年的流行病学调查研究没有发现航空飞行与癌症发病率之间存在相关性。2000年发表在《健康物理》(有关辐射安全性的学术杂志)的一项流行病研究指出,在高空辐射与癌症相关性的研究中,空乘人员作为受到宇宙辐射最多的群体,是非常值得研究的对象。但是,一方面空乘人员本身受到的辐射量其实也很小(每年2~5mSv),给统计带来很大的问题。另一方面是寻找合适的对照组人群不易,因为选择空乘这个职业的人群跟普通人群相比,可能本身就存在差异。研究人员举例说,空姐的乳腺癌更可能与乳腺癌的危险因素之一的生育因素(未生育)相关,飞行员的黑色素瘤则归因于他们闲暇时更乐于晒太阳从而导致过度光照,而阳光中的紫外线是黑色素瘤的一大危险因素。因此,不能简单认为是高空辐射导致了空乘人员患上乳腺癌、黑色素瘤。

另外,来自国际辐射防护委员会(International Commission on Radiological
Protection,ICRP)的报告称,辐射剂量低于100mSv时没有观察到肿瘤发生率升高的现象,而联合国原子辐射效应科学委员会的表述是“10mSv以内没有影响健康的直接证据,10~1000mSv没有早期效应,剂量较高时暴露人群的特定癌症发病率上升”。因此,一次长途飞行增加的零点零几毫希韦特的辐射带来的癌症风险非常低。

结论:

高空飞行确实会增加辐射接触量,但增加量远没有谣言所说的这么大,而且带来的癌症风险非常低。生活充满“风险-效益”的权衡,审慎地选择低辐射暴露的交通方式当然无可厚非,但为了航空交通的便利,增加一点宇宙辐射也没什么可恐慌的。

参考资料:

  1. ICRP出版物第103号
  2. Public health statement——Ionzing radiation 
  3. Agency for Toxic Substances and Disease Registry
  4. UNSCEAR Answers to Frequently Asked Questions (FAQs)
  5. NOAA Notes on the Natural Radiation Hazard at Aircraft Altitudes
  6. Epidemiologic studies of pilots and aircrew. Boice JD Jr, Blettner
    M, Auvinen A.

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