[科普中國]-太空天氣

太空天氣是在地球周圍的太空環(huán)境條件改變的觀念。它與行星大氣內(nèi)的天氣觀念不同，涉及太空中的等離子、磁場、輻射和其他物質(zhì)?！疤仗鞖狻苯?jīng)常隱藏性的意味著在地球附近的磁層，但是它也是在星際間（并且經(jīng)常是星際空間）的研究。

基本信息在我們自己的太陽系內(nèi)，太空天氣受到太陽風(fēng)的密度和速度，還有太陽風(fēng)攜帶的等離子造成的行星際磁場（IMF）很大的影響。不同的物理現(xiàn)象與太空天氣有關(guān)，包括地磁風(fēng)暴和次風(fēng)暴、范艾倫輻射帶的活動、電離層的擾動和閃爍、極光和在地球表面的地磁的誘導(dǎo)電流。日冕物質(zhì)拋射和它們關(guān)聯(lián)的沖激波經(jīng)由壓縮磁層和觸發(fā)地磁風(fēng)暴也是導(dǎo)引太空天氣的重要驅(qū)動力。

被日冕物質(zhì)拋射或閃焰加速的太陽高能粒子，也是太空天氣的重要駕御者，它能經(jīng)由感應(yīng)電流危害到太空船上的電子設(shè)備，和威脅到太空人的生命。

太空天氣在幾個(gè)相關(guān)的地區(qū)對太空探索和發(fā)展發(fā)揮了深遠(yuǎn)的影響。不斷變化的地磁條件可以造成大氣密度的急劇改變，造成低地球軌道上太空船高度的墮落。由于太陽活動增強(qiáng)產(chǎn)生的地磁風(fēng)暴會導(dǎo)致太空船上的檢測器暫時(shí)失明，或是干擾到船上的電子儀器，或是太空環(huán)境的條件對設(shè)計(jì)太空船的遮罩和載人太空船的生命支援系統(tǒng)也是很重要的。此外，磁暴也會影響到在高緯度上常態(tài)飛行的飛機(jī)。1

衛(wèi)星觀測太空天氣從1995年起，美國國家航空航天局（NASA）和歐洲空間局（ESA）合作的太陽和太陽風(fēng)層探測器（SOHO）太空船接近即時(shí)太陽資料成為對太空天氣預(yù)測的主要來源。在1998年，NASA的高新化學(xué)組成探測器（ACE）加入，它攜帶了可以連續(xù)傳輸有關(guān)原來位置的太空天氣信標(biāo)。SOHO和ACE都位于L1拉格朗日點(diǎn)，距離地球1%天文單位的地球上游位置，它測量到的太陽風(fēng)和電將大約在1小時(shí)后就會抵達(dá)地球。NASA和ESA最新發(fā)射的日地關(guān)系天文臺（STEREO）增加了一個(gè)額外的太空天氣資料流程，以立體的影像涵蓋了地球與太陽之間的空間。兩艘STEREO太空船，一艘超越在地球的前方，另一艘尾隨在地球的后方，每年漂移遠(yuǎn)離地球約22度。2

模型的嘗試自1990年代以來，從太陽到地球以及周遭太空環(huán)境的主要模型，就使用三度空間的磁流體動力學(xué)架構(gòu)模擬。在美國，兩個(gè)主要的中心是密歇根太空環(huán)境模擬中心(CSEM) [3]和綜合太空天氣中心(CISM)。

太空天氣事件的例子1859年9月2日，電報(bào)服務(wù)中斷。

最著名的太空天氣事件例子是發(fā)生在1989年3月13日魁北克水力的電力網(wǎng)絡(luò)因?yàn)榈厍蚋袘?yīng)電流瓦解的事件。這個(gè)事件開始于一個(gè)變壓器出現(xiàn)故障，然后導(dǎo)致大規(guī)模普遍的斷電，至少持續(xù)了9小時(shí)，并有600萬人受到影響。造成這個(gè)磁暴發(fā)生的事件是1989年3月9日的日冕物質(zhì)拋射，太陽拋出了一些物質(zhì)[5]。

1994年1月20日的磁暴撞擊了兩顆加拿大的通信衛(wèi)星Anik E1和E2，還有一顆國際通信衛(wèi)星Intelsat K，使通訊暫時(shí)性的中斷。

1997年1月7日的日冕物質(zhì)拋射轟極了地球的磁層，使AT&T損失了一顆通信衛(wèi)星Telstar 401(價(jià)值$2億美金)[6]。

飛越極區(qū)的航線對太空天氣別敏感，部分是因?yàn)槁?lián)邦航空條例要求在飛行的全呈都需要可靠的通信[7]。估計(jì)每次偏離極區(qū)的飛行都要多耗費(fèi)$100,000美金的費(fèi)用[來源請求]，有9家航空公司經(jīng)營飛越極區(qū)的航線[7]，即使有一些衛(wèi)星的訊號受到干擾，接收機(jī)自主完好監(jiān)測技術(shù)可以協(xié)助飛機(jī)仍然能接收到GPS的訊號。

在載人太空任務(wù)期間沒有發(fā)生較大的太陽高能粒子事件。雖然，類似的大事件發(fā)生在阿波羅16號和阿波羅17號登月任務(wù)中間的1972年8月7日。高能量的粒子有可能轟極到?jīng)]有地球磁場保護(hù)的太空人，若這些事件發(fā)生在這些任務(wù)進(jìn)行的期間，有可能造成死亡或至少會危及太空人的生命[8]。2002年4月12日，一次太陽高能粒子事件沖擊到火星探測器Nozomi，導(dǎo)致大規(guī)模的失敗。這個(gè)計(jì)劃原本就已經(jīng)比程序表落后了3年，最后終于在2003年12月被放棄。2

在地球表面的太空天氣所知太空天氣和地面層最重大的影響是地磁感應(yīng)電流(geomagnetically induced current，GIC)。這些可以造成電流在電網(wǎng)、管線和其他傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)中流動并且產(chǎn)生損害。在地面上快速的磁場變化 － 在發(fā)生磁暴的過程和太空天氣的結(jié)合 － 也可以是重要的活動，像是地球物理映射和碳?xì)浠衔锏漠a(chǎn)生。1

地球物理的探勘飛機(jī)和船舶承擔(dān)的地磁測量在磁暴期間可以快速的受到磁場改變影響。磁暴可能導(dǎo)致資料解釋上的問題，因?yàn)樵谡{(diào)查地區(qū)下的地殼磁場也會受到太空天氣影響產(chǎn)生相似的變化。一個(gè)實(shí)用的測量設(shè)備能夠準(zhǔn)確的提出磁暴警告，包括嚴(yán)重程度的評估和磁暴持續(xù)的時(shí)間。

地球物理學(xué)和碳?xì)浠衔锏纳?/p>

由于經(jīng)濟(jì)和其它的原因，石油和天然氣的生產(chǎn)往往涉及定向鉆井，井的路徑從一個(gè)單一的井口在水平和垂直方向上都延伸好幾公里。由于附近還有其它的鉆孔，也由于目標(biāo)的大?。瓋Σ貙涌赡苤挥袛?shù)十到數(shù)百米寬－和安全上的理由，在精度上的要求很嚴(yán)格。使用陀螺儀的測量方法是最精確也是最昂貴的，因?yàn)樗赡苄枰Ｖ广@井?dāng)?shù)小時(shí)。一個(gè)替代的方法是使用磁性的測量，它可以進(jìn)行鉆井中測量。幾近即時(shí)的磁性資料可以用來更正鉆井的方向，并且鄰近的磁場觀測臺是不可或缺的(Clark and Clarke, 2001; Reay et al., 2006)。磁性資料和風(fēng)暴預(yù)測還有助于在持續(xù)的基礎(chǔ)上弄清楚未知來源的操作錯誤。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

武偉 - 高級工程師 - 天津直升機(jī)有限責(zé)任公司