人們在地上生活要關注氣象天氣預報,航天員在太空中活動就要關注空間天氣。
“知道空間天氣這四個字含義的人還不到全人類的萬分之一。” 中國氣象局國家空間天氣監測預警中心信息發布平台上寫着這樣一句話。
上世紀90年代末,中國氣象局開始空間天氣業務試驗。2002年,“國家空間天氣監測預警中心”成立,并于2004年正式開展空間天氣業務。今年11月16日,中俄聯合體全球空間天氣中心揭牌,将實現對全球空間天氣的實時監視及識别、信息顯示和災害性空間天氣告警,并提升中國空間天氣航空服務國際影響力。
空間天氣是什麼?怎麼預報?對人類生活有什麼影響?記者專訪國家衛星氣象中心(國家空間天氣監測預警中心)空間天氣室副處長郭建廣,解答上述問題。
航天員出艙要參考空間天氣預報
新京報:空間天氣是什麼?全球空間天氣中心有什麼作用?
郭建廣:通俗來講,空間天氣指的是日地空間中能夠影響地面高級技術系統或危害人體健康的狀态或事件,主要是由太陽活動引起的。空間天氣預報就是預測空間天氣可能發生的趨勢、走向,以便對航天、衛星等的技術系統做一些保障服務。
衛星運行、航空飛行、地面管網等一些高技術系統,均可能受到空間天氣事件的嚴重幹擾。當影響嚴重的災害性空間天氣事件發生時,就要預警、預報。
國際民航組織(ICAO)認識到空間天氣會影響航空的安全飛行,希望能将空間天氣信息實時分發給民航部門,因此決定成立全球空間天氣中心。
2019年,國際民航組織全球空間天氣中心正式業務運行,開始發布空間天氣咨詢報,第一份咨詢報是去年9月底發出的。今年以來,随着太陽活動逐漸增多,已經發布了多期咨詢報,主要是提醒空間天氣事件可能對短波通訊的影響。
新京報:平時人們可能“感知”不到空間天氣的變化,空間天氣會對哪些活動産生影響?
郭建廣:在氣象上,天氣稍微一變化,人們的感受就非常強烈。空間天氣不是這樣,即使是災害性空間天氣,它的影響也是大多人感覺不到的。
和地面相比,太空中輻射更多,所以空間天氣會影響航天員的活動。
比如最近我們的航天員在太空行走,他們的出艙時間是經過考慮的。空間站繞着地球轉,有一段時間會經過南大西洋異常區,在這個區域 “捕獲”了更多的高能粒子,輻射更強,很多衛星經過這個區域都曾發生故障,所以航天員要避開這個區域。另外,如果發生很強的太陽質子事件,航天員不僅不能出艙,還需要進入屏蔽艙裡躲避輻射影響。
空間天氣對衛星也有影響。衛星上的集成電路芯片很容易被來自太陽的高能粒子“打翻”,甚至損壞衛星上探測儀器。比如早期風雲一号B星,發射後沒多久,其姿态嚴重失控,就是單粒子翻轉事件造成的。後期,科研人員對衛星做了改進,使用了抗輻射的芯片,其壽命才逐漸延長。
而具體到人們的生活,平常空間天氣好時,大家完全可以忽略這個因素,隻需要在災害性空間天氣發生時關注。比如手機導航主要依靠單頻GNSS信号,受電離層的影響,本身就不太準,如果再受大的空間天氣事件影響,導航偏差更大,甚至可到百米的誤差。在野外勘探或要做與磁場有關的地質調查活動時,就要避開大的空間天氣事件的影響。
研究發現,信鴿在遠距離歸巢時,磁場導航很重要。在大的磁暴發生後,信鴿歸巢率可能會從90%、80%降至20%、30%,所以,進行信鴿放飛也要關注空間天氣。
此外,災害性空間天氣會對一些基礎設施産生作用,從而帶來間接影響。如1989年3月,“太陽風暴”導緻地磁場強烈擾動,在電網中産生很強的感生電流,摧毀了加拿大魁北克電網的電壓器,引起9小時大停電。
風雲三号E星太陽極紫外圖像。國家衛星氣象中心供圖
空間天氣預報“剛剛踏進門檻”
新京報:空間天氣如何預報?
郭建廣:空間天氣預報跟我們平常看到的氣象天氣預報從流程上講沒有太大區别,都是先監測,再預報。二者最大的不同是空間天氣預報主要監測太陽。
災害性空間天氣的驅動源基本來自太陽,比如太陽風暴,太陽日冕會抛射出大量的物質和能量,它們到達地球前的飛行時間為預報留出了提前量。
太陽爆發經常是一連串的過程。最先是太陽表面的耀斑,它帶來的影響以光速傳播到地球,大概要8分半的時間。第二波是會影響衛星的高能粒子,從太陽到地球要花幾個到十幾個小時。
第三波是太陽噴發的一些物質,我們稱為日冕物質抛射。在日地之間有個拉格朗日平衡點L1,距離地球150萬公裡,放在那裡的衛星,可以一直穩定處于日地連線上,像“哨兵”一樣,判斷太陽抛射的物質能否“登陸”地球、在什麼地方“登陸”。
這就像台風預報一樣,先看到生成、再進行路徑預報。對于日冕物質抛射事件,我們可以提前兩三天預報。
新京報:和氣象天氣預報相比,空間天氣預報的準确率如何?
郭建廣:在氣象天氣預報上,首先要有豐富的觀測,然後用數值預報模式計算,空間天氣的數值預報模式正在籌建中。我們也是剛剛踏進門檻,空間天氣的預報水平大緻相當于上世紀六七十年代天氣預報剛起步的水平。
通過觀測太陽以及空間天氣的變化,我們也總結了一些周期規律和經驗輔助預報。太陽活動有一個很有意思的現象,就是有一個大概11年的周期,有太陽活動高年,也有太陽活動低年。當然,這隻能說是一個趨勢,并不絕對。
另外,太陽生命久遠,我們基于有限的觀測總結出了11年的周期,但随着未來的繼續觀測,發現的周期規律也可能會改變。
新京報記者 王景曦
編輯 白爽 校對 李立軍
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