當(dāng)太陽(yáng)開啟“狂暴模式”，地球根本“遭不住”...

出門前

看天氣預(yù)報(bào)是很多人的習(xí)慣

其實(shí)宇航員出艙進(jìn)入太空環(huán)境

也要提前了解空間的

天氣狀態(tài)

我們?nèi)粘Ｉ钪心軌蚩吹剑惺艿降年幥缋渑?，都是發(fā)生在對(duì)流層之內(nèi)。而在此之外的空間天氣，存在于地球與太陽(yáng)之間，同樣發(fā)生著劇烈的活動(dòng)，并且與人類的生存發(fā)展息息相關(guān)。

今天我們來研究一下：

什么是空間天氣？

空間天氣的變化會(huì)帶來哪些影響？

如何預(yù)測(cè)空間天氣？

空間天氣

因?yàn)樘?yáng)耀斑爆發(fā)、日冕物質(zhì)拋射等活動(dòng)，進(jìn)而造成的地球空間環(huán)境短時(shí)的劇烈變化，稱之為空間天氣。

空間天氣有平靜和爆發(fā)兩大類型。平靜時(shí)的太陽(yáng)所釋放出的太陽(yáng)風(fēng)速度低、變化慢，物質(zhì)密度也相對(duì)較低，并且沒有明顯的爆發(fā)活動(dòng)。一旦太陽(yáng)轉(zhuǎn)入爆發(fā)模式，太陽(yáng)風(fēng)就會(huì)發(fā)生明顯變化，速度升高、密度增大，甚至就連溫度也會(huì)出現(xiàn)跳躍式的升高，耀斑和日冕物質(zhì)拋射這兩個(gè)“大招”也會(huì)隨時(shí)放出，就連冷卻時(shí)間也會(huì)大幅度縮短，甚至開啟“狂暴模式”，多種爆發(fā)活動(dòng)同時(shí)甚至是連續(xù)地發(fā)生。

而上述這些變化，會(huì)對(duì)人造衛(wèi)星和空間站、通訊與能源系統(tǒng)，以及人類健康帶來嚴(yán)重影響和危害。

空間天氣變化帶來的影響

隨著航天活動(dòng)的增多及其相關(guān)應(yīng)用的推廣普及，空間天氣這種太空中的“陰晴雨雪”，對(duì)人類社會(huì)的正常運(yùn)作產(chǎn)生的影響正與日俱增。同時(shí)，空間天氣還能對(duì)電網(wǎng)造成破壞性干擾，從而對(duì)社會(huì)運(yùn)行所依賴的基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)生巨大的影響。

1、航天器的隱形殺手

1991年5月，我國(guó)上天僅半年的風(fēng)云一號(hào)B衛(wèi)星忽然開始失控翻轉(zhuǎn)，在控制人員發(fā)現(xiàn)并采取措施時(shí)，衛(wèi)星上的推進(jìn)劑早已噴完，設(shè)計(jì)壽命為1年的衛(wèi)星僅過了半年便不得不提前報(bào)廢。

而造成這一切的，就是太陽(yáng)高能粒子和地球附近的熱等離子體，在空間天氣狀況惡劣的情況下，他們的出現(xiàn)將會(huì)非常頻繁，對(duì)航天器安全產(chǎn)生威脅。

航天器上的微電子元器件，最懼怕的就是高能粒子中能量更高的那一部分，這些高能粒子能夠穿透電子元件，造成數(shù)據(jù)錯(cuò)誤、電路功能混亂或計(jì)算機(jī)整機(jī)癱瘓，引發(fā)衛(wèi)星的異?；蚬收希踔翆⑿l(wèi)星徹底摧毀。

而能量相對(duì)低一些的高能粒子，則可以在航天器內(nèi)部的電路板、導(dǎo)線等位置產(chǎn)生電荷堆積，阻礙航天器的正常工作。

雖然熱等離子體的單個(gè)粒子能量不及高能粒子，無法侵入航天器內(nèi)部，但它們?cè)诤教炱鞅砻娴亩逊e同樣會(huì)引發(fā)表面充放電效應(yīng)，干擾航天器的正常運(yùn)行甚至造成損傷。

2、衛(wèi)星定位與無線電通信的干擾源

在距離地面60~1000公里的區(qū)域中，存在著由帶電粒子組成的電離層。無線電信號(hào)能否穿過電離層、穿過電離層時(shí)信號(hào)參數(shù)發(fā)生的變化，都與電離層的性質(zhì)有關(guān)。

例如，短波信號(hào)能夠跨越大洲傳播，利用的就是電離層對(duì)這個(gè)頻段無線電信號(hào)的反射；而地面與衛(wèi)星通信時(shí)，則必須使用能夠穿透電離層的高頻信號(hào)。

電離層性質(zhì)主要受到太陽(yáng)活動(dòng)的影響，一旦有耀斑發(fā)生，電離層的性質(zhì)在耀斑發(fā)生的同時(shí)就會(huì)馬上產(chǎn)生變化，而日冕物質(zhì)拋射吹襲地球時(shí)，引起的地磁暴同樣會(huì)誘發(fā)電離層性質(zhì)的變化。

地面設(shè)備在接收北斗、GPS等衛(wèi)星定位系統(tǒng)所發(fā)射的定位信號(hào)，并由此推算位置信息時(shí)，已經(jīng)考慮了電離層在一般情況下的性質(zhì)。

而一旦電離層的性質(zhì)由于空間天氣原因發(fā)生變化，定位信號(hào)的實(shí)際變化情況就會(huì)和設(shè)備中預(yù)置情況產(chǎn)生差異，定位設(shè)備的定位精度就會(huì)因此下降。

對(duì)于日常生活中的手機(jī)定位，由于定位精度的要求不高且能夠借助手機(jī)基臺(tái)的位置進(jìn)行較差定位，因此不會(huì)明顯的感受到空間天氣的影響。然而，對(duì)于定向鉆井等野外高精度作業(yè)和新一代航空導(dǎo)航與儀表降落系統(tǒng)來說，電離層變化的定位精度降低足以干擾他們的正常工作。

3、摧毀高壓電網(wǎng)的幕后黑手

地磁暴對(duì)社會(huì)生活的威脅，在于其可能對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生破壞。地磁暴引起的磁場(chǎng)的劇烈變化會(huì)在長(zhǎng)距離高壓輸電線中產(chǎn)生強(qiáng)烈地磁感應(yīng)電流，引起電網(wǎng)供電不穩(wěn)或徹底崩潰。

1989年3月的地磁暴使得加拿大魁北克地區(qū)的電網(wǎng)癱瘓，數(shù)百萬人在寒冷中度過了沒有電能供應(yīng)的夜晚。如果更加強(qiáng)烈的太陽(yáng)風(fēng)暴來襲，燒毀電網(wǎng)大型核心變壓器，電網(wǎng)將會(huì)發(fā)生長(zhǎng)時(shí)間的癱瘓。

這是因?yàn)檫@些大型核心變壓器多為特別定制產(chǎn)品，沒有現(xiàn)成的貨架備份可供替換，一旦損壞，短時(shí)間內(nèi)無法找到備件替換。電能是現(xiàn)代社會(huì)運(yùn)作的基本條件，一旦失去供電，整個(gè)社會(huì)的運(yùn)轉(zhuǎn)便會(huì)陷入停滯。

空間天氣預(yù)報(bào)

空間天氣預(yù)報(bào)的制作步驟：

1、收集最新觀測(cè)數(shù)據(jù)

包括各個(gè)波段的太陽(yáng)圖像、太陽(yáng)X射線流量、太陽(yáng)磁場(chǎng)、地磁指數(shù)、電離層狀態(tài)等數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，然后結(jié)合觀測(cè)數(shù)據(jù)、數(shù)值模擬等做出預(yù)報(bào)，與首席預(yù)報(bào)員進(jìn)行會(huì)商，得出空間天氣預(yù)報(bào)結(jié)論。

2、制作各種預(yù)報(bào)產(chǎn)品

空間天氣預(yù)報(bào)產(chǎn)品種類很多，包括日?qǐng)?bào)、周報(bào)、月報(bào)、年報(bào)等?？臻g天氣日?qǐng)?bào)總結(jié)過去24小時(shí)的空間天氣情況，并預(yù)報(bào)未來1—3天的空間天氣狀態(tài)，包括太陽(yáng)活動(dòng)水平、地磁活動(dòng)水平以及電離層狀態(tài)等?？臻g天氣周報(bào)則是總結(jié)最近7天的空間天氣態(tài)勢(shì)，預(yù)報(bào)未來7天空間天氣趨勢(shì)。當(dāng)有大耀斑、地磁暴等重要的空間天氣事件發(fā)生時(shí)，還會(huì)發(fā)布空間天氣現(xiàn)報(bào)等產(chǎn)品。

3、對(duì)外公開發(fā)布

會(huì)通過網(wǎng)站、傳真、App、短信、微博、微信公眾號(hào)等多種方式，發(fā)布空間天氣預(yù)報(bào)，讓大家可以了解到最新的空間天氣狀態(tài)。