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12月14日21時,“嫦娥”三號成功在月球表面實現軟着陸,在人類重返月球的進程中,空間天氣預報起到重要作用。前不久,電影《地心引力》更將空間天氣這一概念爆炒。天外的天氣是否也變化多端?它會給人類帶來什麼影響?
變化多端的空間天氣
空間天氣是指從離開地表30千米以上,直至太陽的整個日地空間環境。“最普遍的理解是,空間天氣是指太陽表面、太陽風、磁層、電離層和熱層在瞬時或短時間內的狀態。”國家空間天氣監測預警中心主任王勁鬆說。
像自然界一樣,空間天氣有“好天氣”和“壞天氣”之分。“好天氣”意味着太陽、磁層、電離層等處於平靜狀態,而當它們發生了不同程度的擾動時,“壞天氣”就出現了。
由於空間距大氣十分遙遠,物質特別稀薄,分子之間相互碰撞很少,加之直接受太陽光照射,電離度很大,因此,在空間裏飄浮的物質,大多是帶電的粒子。
帶電粒子和地磁場會相互作用。一旦太陽活動發生變化,帶電粒子也會隨之擾動,並同時引發地磁場改變,而被改變的地磁場,又對帶電粒子產生影響。“那些粒子在高處待不住了,掉下來,和大氣摩擦產生光芒,形成漂亮的極光。”國家空間天氣監測預警中心研究員、空間天氣預報臺臺長薛炳森說。
正如地球上天氣變化“年年花相似”,但又“歲歲不相同”,空間天氣每隔大約11年會出現大的波動,而每一個週期則有屬於自己的天氣變化特點,這與太陽活動的週期性變化和非週期性變化一致。目前,太陽正處於第24個活動的高峯期。
“這個活動周呈現出多峯結構,2011年出現了一次峯值,2012年有所下降,現在正處在第二個峯值。”薛炳森介紹說,“最近發生了多次大耀斑,但暫時還沒有發現物質爆發。”
空間天氣影響人類活動
科學家們最關注的正是“壞天氣”,因爲壞天氣將對衛星、宇航員和通信產生嚴重影響。中國科學院院士魏奉思表示,空間天氣主要研究的有關電磁環境、粒子環境和大氣環境等發生突發性變化的情況,而這些正如地球天氣中的暴風雨、雷鳴電閃等情況。
當太陽發生劇烈活動時,其噴發出的物質高能粒子速度可達每秒10萬公里至20萬公里,接近光速。由於空間距地面十分遙遠,因此缺乏大氣層和地磁場的保護,而在空間中運行的衛星爲減輕重量,防護層本身很薄,一旦和這些高能粒子“相遇”,將損失慘重。
“高能粒子會使衛星中央處理器芯片的儲存單元記憶錯誤。簡單來說,記憶單元原來是0,受到高能粒子撞擊後,可能變成1,或者1變成0,導致錯誤操作。若不及時訂正,錯誤的動作可能導致衛星壽命縮短。”薛炳森表示。
1994年1月,在地球同步軌道高能粒子增強期間,加拿大兩顆通信衛星出現故障,導致全國通信中斷。
對正準備出倉的航天員來說,由於航天服很薄,又無大氣層保護,太陽噴發出的高能帶電粒子很可能爲其帶來高強度輻射。
此外,太陽活動噴發出的其他物質可能擾動空間中的帶電粒子,使電離層密度改變。無線電波需要通過電離層進行反射,如果有些地方變稀疏後,原本該反射下來的無線電波便可能穿透電離層,地面收不到反射信號,衛星電話和GPS導航都會受到影響。
監測太陽可實現預報
“過去24小時,太陽活動水平低,沒有爆發耀斑,可見日面出現新活動區,太陽風速度約爲每秒370公里。預計未來三天,太陽活動水平低,電離層天氣平靜,地磁活動平靜到微擾。”這是12月11日的空間天氣預報,國家空間天氣監測預警中心每天都會更新這項預報。
地球和太陽相距一億五千萬公里,在太陽耀斑發生後,其噴發出的電磁波8分鐘就可到達地球;高能粒子雖以光速運行,但到達地球仍需要幾個小時;而其他太陽噴發物質則以每秒一千公里的速度,需要一天半到三天的時間到達地球……
這些時間賦予了空間天氣預報很大意義。魏奉思表示,準確、可靠、及時的空間天氣預報將極大減少甚至避免空間天氣災害給人類活動帶來的巨大損失和危害。
“空間裏各種天氣變化的根源是太陽,正是由於太陽能量和物質的輸入,空間環境纔會發生各種各樣的變化。”薛炳森表示,儘管無法預測太陽爆發事件發生的時間,但可以通過觀察太陽變化來預測不同太陽活動發生的形式、規模和持續時間,迅速作出預報。”
(來源:氣象局網站)