新兴的宇宙天气预报

21世纪除了宇宙工厂、宇宙农场之外，宇宙医疗中心以及宇宙居民点也将在宇宙空间相继建立起来。21世纪宇宙天气预报对航行、工作、生活在宇宙空间的人们将是不可缺少的。因此，“宇宙气象学”作为一门新的学科，将会迅速发展起来。

　　警报拉响

　　日本通信号综合研究所曾向公众发布了一条特殊的预报：“太阳活动从平稳转向活跃的状态，预计未来几天将更加活跃。”这条关于太阳系的天气预报对地球上的我们有什么价值吗?

　　研究所的研究人员做㈩这个预报，是因为太阳表面出现了大片的黑子区域，预报发出4天后，太阳表面出现了巨大的耀斑。这个耀斑不但辐射出大量的射线，而且伴随着这个耀斑，从太阳表面还以迅猛的速度释放出由质子和电子组成的等离子体。山于这个耀斑发生的位置正对地球，所以在耀斑发生后8分钟，X射线直接袭击了地球，19小时后等离子体像云朵一样到达地球。

　　其他各种卫星也受到这个耀斑的影响。美国宇航局环绕火星飞行的奥德赛号探测器也发生异常，欧洲宇航局的月球探测卫星“SMART-l”的发动机自动停止。另外，被日本JAXA弃用的环境探测卫星“绿色2号”也受到耀斑辐射的等离子体袭击，使太阳能电池板的电力降低。太阳耀斑不仅影响了人造卫星，由于飞来的质子是放射性的，逗留在国际空间站或航天飞机上的宇航员也有遭到辐射的危险。在这次耀斑发生的过程中，地面人员发出指令，让空间站的宇航员尽量藏身在受辐射影响小的地方，以避免可能㈩现的危害。

　　太阳耀斑的影响

　　那么，巨大的太阳耀斑发生时，究竟会造成怎样的影响呢?

　　首先，耀斑发生时，大量释放X射线或质子、电子放射线。这些放射线一旦进入搭载在卫星上的半导体，就会引起非常微小的放电现象。结果，半导体会误以为放电是电信号，于是发生错误指令，卫星发生故障。

　　这样的现象如果是小规模的，不会引起大的信号故障。但是，如果卫星遭受大量质子辐射的话，信号颠倒的现象就会发生，使卫星发生重大的错误动作，通常，研究人员无奈地将此种信号称为“幽灵指令”。1994年冬季奥运会时就发生了这样的一幕，滑雪比赛的转播突然中断了，原因是幽灵指令使转播卫星的太阳能电池板比平时高30多倍的速度旋转，造成电力降低。

　　还有一个危害足，太阳电池板受到质子等粒子碰撞加速老化。尽管是分子或原子级的大量粒子碰撞表面，但逐渐使太阳电池性能降低。例如1989年因太阳发生大的耀斑，致使日本的“向日葵”气象卫星的太阳电池板仅一，年左右就老化了。如果观测耀斑能预计放射线的飞来，提前发布宇宙天气预报的话，则稍微挪动，下太阳电池板的角度，就能减轻损伤。

　　太阳发生大的耀斑时，存在于太阳周边日冕的等离子体会成块地飞向地球，速度为每秒1000～2000米，这被称为日冕物质抛射，通常两天左右就到达地球。等离子体与地球磁场作用，频繁地引起强烈的极光。极光中有大的电流，使地面上的输电线或铁制管线里产生感应电流，把变压器烧毁，引发大面积停电。另外，铁管通电后，更容易被腐蚀，因此频繁出现感应电流，使铁管泄漏，例如1989年3月13日加拿大发生的磁暴引起大规模的极光，与此同时加拿大的输电线因变压器的烧毁造成大面积的停电，约100万人的生活受到影响。

　　再者，极光电流发出的热使空气温度上升。暖空气向高空流动，增加了对围绕地球轨道运转的人造卫星的大气摩擦。在2000年日本“飞鸟”X射线卫星由于大气摩擦增加，姿态失去控制，轨道高度不断降低，最终冲入大气层内烧毁。

　　另外，由日冕物质抛射引起的磁暴进一步成为电离层暴的原因。一旦引起电离层暴，连接人造卫星与地上的电波产生起伏，在通信中发生误差，由此造成气象卫星的图像紊乱或GPS的定位发生误差，造成汽车或飞机的导航系统受到影响，类似的事故也可由X射线引起。太阳发出的X射线到达地球，会干扰电离层的底层，由于飞机、船舶的无线通信是通过这个电离层的底层，一旦受到干扰就无法通信。

　　宇宙天气也能预报

　　为了使人类在地球上的活动不受太阳下扰，人类可以更安全地探索宇宙，新兴的“宇宙大气预报”正在悄然崛起。如果能抢先观测到太阳发生的耀斑，就能够提前做出质子飞来的警报，并及时转移空间站的宇航员，把可能导致错误动作的卫星切换到安全模式，应对即将到来的危险。

　　为了对付来自太阳的袭击，人们想到了要做宇宙天气预报。要做预报，就先要准确地观测太阳的一举一动，然后通过计算机模拟，预测太阳未来的变化。这种方法其实和地球上的天气预报类似，气象台先观测地球的气压、温度、风向等状况，然后根据这些数据进行模拟做出预测。

　　宇宙天气预报的任务是根据地球上观测网和人造卫星观测的数据进行综合分析之后，迅速预测出与太阳活动相关连的宇宙环境变化情况，并把它传送到宇宙基地，根据宇宙天气预报，人们可以得知太阳X射线预报、耀斑粒子线预报、放射线预报以及等离子环境预报。提供这种宇宙环境变化的情报，不仅对参与宇宙开发的人，而且对从事宇宙学术研究或观测活动的学者也是大有裨益的。

　　如今，日本名古屋大学的太阳地球环境研究所已经制作出了实时的地球高纬度地区电压分布、带电粒子流的宇宙天气图。不过，这个研究所的科学家承认，现在的宇宙天气预报除了预测在什么地方可能发生异常外，还无法预测更细节的现象。为了让宇宙天气预报更加实用，除了提高现有的模拟技术外，有必要提高太阳或地球磁层的观测精度。同时，期待有更多的人造卫星观测宇宙空间发生的现象，就有可能获得更精确的宇宙天气信息。

　　目前，美国科学家正引入一种新的气候预报体系——电离层气候预报，通过对距离地面80千米以外的电离层的监控，为航班飞行、无线通讯等提供早期预警。莫斯科应用地球物理学研究所近日设立“宇宙天气”预报站，它将每日向莫斯科居民通报太阳表面的活动情况及其可能对地面通信和人体健康产生的影响。

　　总之，我们的生活与宇宙息息相关，为了在太阳剧烈的影响中守护我们的地球，我们必须经常监视太阳，预测宇宙的天气变化。

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