地球上的天气变幻莫测,时而阳光明媚,时而狂风暴雨,而在九霄云外的外太空,也同样存在天气,科学家称之为空间天气。它是否和地面天气一样多变?也会刮风下雨吗?
太阳活动主导空间天气
在一些高纬度国家和地区,可以看到绚烂的极光在夜空飘荡,诉说美丽的同时也“泄露”着宇宙的秘密——空间天气。
空间天气在日地空间中,能影响空间、地面技术系统的运行和可靠性,以及危害人类健康和生命的条件、状态或事件。太阳活动是空间天气变化的主要源头,因此太阳活动的强弱是决定空间天气的主要因素。
空间天气中的“风”是太阳风,“雨”则是来自太阳的带电粒子雨,与地球上的天气一样,空间天气也会“阴晴不定”。在太阳活动低年时,空间天气较为平静。
而在太阳活动高年时,太阳风暴则频繁发生、形式多样,如耀斑、日冕物质抛射、日珥爆发等。太阳上的耀斑像是突如其来的龙卷风,而CME(日冕物质喷发)则像台风,这些,都如同外层空间的‘狂风暴雨。
太阳“一打喷嚏”,地球就“感冒”
空间天气看似遥远亦或不相干,其实它无所不在、充斥在我们生活的方方面面。比如,当太阳风暴爆发时,轮船、汽车,甚至智能手机都会受到干扰,出现定位不准等问题。
事实上,太阳风暴通常对地球造成三轮冲击。太阳耀斑爆发时,其发出的电磁波以光速传向地球,八分半钟即可抵达地球,引起电离层骚扰,影响高频无线电通信、导航定位等;其携带的高能质子在几十分钟至十几个小时后到达地球,引起电离层D区吸收,影响航空通信、卫星运行等;其伴随的日冕物质抛射,则在约三天后到达地球,引起地磁暴、磁层亚暴,并且可能影响低轨卫星的轨道高度、电网的安全运行以及地质勘探等。
南极极光 图/尧中华
“大多数情况下,我们感觉不到太阳风暴的影响,但超级太阳风暴可能对日常生活造成严重影响。”首席预报员宋乔介绍,以1989年3月超级太阳风暴为例,地磁暴发生后不到90秒的时间,加拿大魁北克省电网全面瘫痪,600万户民居陷入黑暗,停电长达9小时,部分地区甚至数日才恢复供电。
除了会影响我们的日常生活,超级太阳风暴对高科技设备系统的影响更大。宋乔补充道,如2000年7月14日的“巴士底日事件”致使多颗人造卫星出现图像质量下降、数据丢失、轨道下降等情况 。其中,受影响最严重的日本ASCA卫星,最终坠入地球大气层烧毁。
读懂太阳“脸色”
如何读懂太阳“脸色”,空间天气预报显得尤为重要。空间天气预报主要目的是预测预报空间天气事件及其影响。预报员会综合分析监测数据,结合统计模型和数值模拟结果等做出预报,经与首席预报员会商并得出预报结论后,制作各种预报产品。
当前,空间天气预报产品种类丰富,包括日报、周报、月报、年报等。例如,日报主要总结过去24小时的空间天气情况,并预报未来1—3天的空间天气状态,包括太阳活动水平、地磁活动水平以及电离层状态等。当有大耀斑、强地磁暴等重要空间天气事件发生时,还会发布空间天气预警、现报等产品,让公众和专业用户及时掌握太阳活动的最新动向。
当下,空间天气预报正从经验预报时代迈向数值预报时代。以观测数据和科学理论为基础,通过太阳表面物理参数预测耀斑发生的概率、通过数值模型计算太阳风参数等方法在不断发展,预报水平稳步提高,为我国卫星发射和载人航天,地面技术系统、导航、通信等保驾护航。