探秘空间天气

作者:王菡娟

时间:2011年11月17日   来源:人民政协报  

　　正如自然界的风霜雨雪，静谧的太空也有着神秘莫测的“空间天气”。只不过“风”是太阳风，“雨”则是来自太阳的带电粒子雨。空间天气没有阴晴之分，但有太阳和地磁场的“平静”与“扰动”之别。

　　继11月3日“天宫一号”和神八首次对接成功后，11月14日，在北京航天飞行控制中心的精确控制下，“天宫一号”再次和神八亲密接触。这让中国气象局国家空间天气监测预警中心的工作人员也暂时松了一口气。从今年9月份起，国家空间天气监测预警中心也开始彻夜忙碌，密切观察遥远太空的“风吹草动”，为“天宫一号”的成功发射以及和神八对接等重大活动提供空间天气保障。

　　至此，“空间天气”也逐渐走入人们的视野。看似静谧的太空是否也会时而“风和日丽”，时而“雷电交加”？

　　神秘莫测的空间天气

　　正如自然界的风霜雨雪，静谧的太空也有着神秘莫测的“空间天气”。

　　“空间天气是一个比较新的概念，它的内容和含义仍在发展之中。最普遍的一种理解是，空间天气是指太阳表面、太阳风、磁层、电离层和热层瞬时或短时间内的状态。”国家空间天气监测预警中心主任王劲松说。

　　王劲松进一步解释说，空间天气状态的变化可以分为周期性变化和非周期性变化，平缓变化和激烈变化。空间天气在瞬间或者短时间内远远偏离正常状态被称为空间暴，按照空间暴产生的区域主要分为原初爆(太阳暴)和次生暴(即地球空间暴，包括磁暴、亚暴和电离层暴等)。

　　原来，虚无缥缈的太空也有风雨雷电，只不过“风”是太阳风，“雨”则是来自太阳的带电粒子雨。空间天气没有阴晴之分，但有太阳和地磁场的“平静”与“扰动”之别，空间天气不太关心“冷暖”，而特别注意太阳的紫外线和X射线辐射的变化。

　　“空间天气看似遥远，但它对人类可以产生广泛的影响。剧烈的空间天气变化可能造成所谓的空间天气灾害，使得在太空中或地面上的技术系统功能下降，甚至报废，宇航员等人员的健康受到损害，比如对通信、电力、航天器、卫星导航和定位等造成不利影响，从而导致国民经济蒙受损失、国家安全受到威胁。”王劲松说。

　　不容忽视的空间天气灾害

　　1859年9月2日午夜后，根据当地媒体当时的报道，在洛基山地区的露营者被“极光”惊醒，这次“极光”非常明亮，以至于可以在“极光”下阅读。事实上从8月28日到9月4日，整个美洲、欧洲、亚洲和澳大利亚，甚至远到夏威夷、加勒比海、智力圣地亚哥的广大地区，都可以看到灿烂的“极光”。

　　但这“极光”远不如想象中的那般美好，这场由太阳剧烈爆发导致的大磁暴影响了当时整个电报系统。费城晚报这样报道:大量的电报办公室从电报机器中接收到了令人惊讶的无法读懂的信息，天空中出现不同形状和大小的灿烂火花。

　　1989年3月，特大地磁暴导致加拿大东北部的魁北克省电网突然瘫痪，数百万人遭遇长达9小时的停电，600万居民受到影响。

　　据专家表示，该年是第22太阳活动周的黑子数高峰年，仅在3月，太阳风暴就先后产生了107次太阳X射线耀斑，以及数十次强度不等的日冕物质抛射。

　　据不完全统计，类似“魁北克事件”的灾害性空间天气事件每个太阳活动周平均会出现几起至十几起。如在第23太阳活动周的“万圣节事件”(因正值西方的万圣节而得名)，造成全球短波通讯中断，民航通讯出现故障，我国北京等地的无线电观测点短波信号也曾因此一度中断。

　　1994年1月，在地球同步轨道高能电子流量增强期间，加拿大两颗通信卫星出现了故障，导致全国范围的通信中断，第一颗卫星在几小时后恢复正常，而修复另一颗卫星用了长达6个月的时间，花费5000万~7000万美元。

　　“空间天气的影响主要是高科技系统。因此越是发达的地方，受空间天气影响越严重。比方说，现在要是发生空间天气事件，对索马里的影响肯定甚微，但是美国就会损失惨重。灾难性空间天气事件对人类社会的影响主要集中在社会经济和国家安全方面，而不是人类自身的生存问题方面。”王劲松告诉记者。

　　充足的准备

　　可以从容应对空间灾害

　　2008年美国科学院发布一份科学报告《极端空间天气事件——认知其对社会和经济的影响》，该报告认为:如果第24太阳活动周发生超强太阳风暴，其损失比“卡特里娜”飓风要高20倍。“太阳风暴”后又经好莱坞大片《2012》的推波助澜，一时间成为媒体和大众关注的焦点话题。

　　“事实上，没有人预报过2012年将发生太阳风暴。当时大家都预计2012年将会是下一个太阳活动高年，这样的年份太阳活动会比较多，爆发的几率也将加大。”王劲松表示，“但在一些非太阳活动高年也有可能出现强烈的太阳活动。”

　　资料显示，今年太阳活动开始明显增加，但多个国家的预报表明，下一个太阳活动高年不是之前普遍预测的2012年，“目前大家的预报都偏向于在2013年或者2014年到来。”所以，把许多臆想的事情牵强附会地与2012太阳活动高年扯到一起，不过是断章取义的噱头罢了。

　　在此前也曾有空间天气领域的专家表示，至于是否出现超级太阳风暴，目前的认识水平无法给出肯定的答复。面对这一挑战，我们的态度应当是:积极应对，应急先行，统筹兼顾，反应适度。

　　王劲松说，“事实上，事前的足够准备是可以减轻灾难性空间天气对地球技术系统的影响的，同时减轻经济损失。目前我们是完全可以做空间天气预警的，特别是太阳爆发之后，可以预警这个事件将在多久之后影响到地球。”

　　据王劲松介绍，“当爆发空间天气事件后，我们会马上发出预警信息，预计未来多长时间这个事件将影响到我国的哪些行业，比如说可能影响到电网，就会提醒在哪一个时间段，切换至紧急工作状态，等空间天气的影响过去之后，再恢复正常工作状态。空间天气的影响通常时间都比较短，而且是要跟技术系统耦合之后才会有影响。它并不是像地震一样直接把你的硬件设备毁掉。”

　　空间天气预报

　　为“天宫一号”保驾护航

　　而此次为“天宫一号”提供的空间天气服务，是我国空间天气业务再次成功应用于航天领域。此前，神舟与嫦娥等系列的航天活动的空间天气保障已经取得了很好的成绩。

　　据介绍，为完成好“天宫一号”目标飞行器的航天气象保障任务，2011年9月17日，气象部门便派出前方保障组入驻酒泉卫星发射中心。同时，由中央气象台、兰州中心气象台、国家卫星气象中心、数值预报中心、国家空间天气监测预警中心等单位组成的后方保障组，提供各种气象资料及预报服务。

　　此次“天宫一号”发射升空，国家空间天气监测预警中心还专门开发了针对“天宫一号”飞船任务特点的实时显示与警报软件，包括辐射环境、高层大气、电离层和空间碎片四个部分，实时推算并预报天宫一号轨道上的环境。

　　据悉，影响“天宫一号”安全运行的空间天气要素主要有:高能带电粒子、沉降粒子、高层大气、电离层和空间碎片。因此，在飞船的发射和运行期间应当对这些空间天气要素进行连续的监测和预报，对可能发生的严重空间天气扰动事件做出警报，保障飞船的顺利发射和安全在轨运行。

　　据悉，国家空间天气监测预警中心自2002年成立以来，一直在努力建设基于风云系列气象卫星的天基监测能力和基于各地气象台站的网络化地面监测能力，目前已经取得了显著成果，可以初步满足日常业务的基本要求。

　　但王劲松同时坦言，“当前，国际上的空间天气预报水平估计相当于地面天气预报20世纪五六十年代的水平，我国的预报水平虽然与国际领先水平差距不是特别大，但确实还远远满足不了经济社会与国家安全的需求。另外，我国目前没有专门的空间天气监测卫星，地面监测网络才建成雏形，这使得我们的空间天气预报在很大程度上还要依赖于国外数据。这是我国空间天气预警能力中的一个巨大隐患。”

　　“下一步应大力开展空间探测，针对日地空间关键的区域和空间天气连锁变化过程进行监测。在自主监测数据的基础上，借鉴天气预报发展的经验，提高空间天气预报能力与水平，以满足日益增长的社会需求。”王劲松表示。