空间天气及其灾变

空间天气及其灾变

2003年10月28日太阳发生了一次强烈的耀斑爆发，耀斑形成区域铁面积超过地球面积的3倍，同时，日冕物质从一个巨大的太阳黑子处抛射出来，产生的带电粒子流以每小时750万千米的速度冲向地球。而引发了一天后的近地空间发生的地磁暴和电离层暴，使地球无线电短波通信等受到严重干扰。美国宇航局10月28日公布的太阳和太阳风层观测器（SOHO）所拍摄的图像上，清晰地记录到太阳爆发时形成的冠状云。这是一次剧烈的空间天气灾变。当太阳风暴掠过地球时会对地球产生一系列影响，它会与地球磁场相撞，击穿卫星，破坏地球上电气动力系统和无线电通信网络，从而给社会经济和人们生活带来消极影响。

那么，何谓“空间天气”与“空间天气灾变”呢？会对地球物理环境和人类生活有哪些影响呢？

空间天气是指在太阳活动、太阳风以及地球磁层、电离层和热层的变化中，所形成的影响空间和地面技术系统的性能与可靠性以及危害人类日常生活和生命健康的环境状态。这里的空间是包括地球大气层、电离层和磁层的近地空间环境，简称为近地环境。不言而喻，对空间天气最大的影响源是太阳。太阳活动的强与弱直接影响到地球的电离层、磁层与大气层。当太阳活动处于宁静状态下，近地环境处于平衡状态；但是当太阳活动由弱变强时，则近地环境平衡状况遭到破坏，引起空间天气的变化，即地球离子层被加热，并由此形成一些空间自然现象，如极光、等离子体发光等。这些现象都是极易且经常被目击者们误解为飞碟的光临。这种因太阳活动剧烈爆发，由此引发的空间状态如地球磁层、电离层的剧烈变化，产生了地球物理效应如地磁暴、电离层扰动等，就是空间天气灾变。它能导致罗盘失效，使通信卫星受损，高能粒子威胁到宇航员的生命安全，无线电通信中断等，它还会给人类带来灾难，地磁风暴是诱发心肌梗死和中风病增多的因素之一；还会令高血压患者感到不舒服；地磁风暴还会使血液中的激素含量增高，使人对声和光线的反应变得缓慢，是暴发地磁风暴时交通事故增多的原因。

从空间天气角度讲，2002年4月21日是一个灾难日。21日8时43分（北京时间）国际编号为9906的太阳黑子群突然爆发，它产生了一个X1.5级的强耀斑，日冕抛射物质高能带电粒子86分钟到达了地球，引起了强太阳质子事件。这次事件从4月21日10时25分（北京时间）开始到26日15时15分结束，历时6天时间，大爆发喷射出来的高能带电粒子流的平均速度超过光速的十分之一，严重干扰了地磁场，引起了4月23日的中等强度的地磁暴。

这一次强太阳质子事件被各国的太阳活动预报人员成功预测，并利用地面观测设备与空间探测器，成功地记录下这次空间天气灾变从开始生成至结束的全过程。据电波传播研究所北京研究中心的通报，2002年4月21日晨的强太阳X射线耀斑导致当日短波通讯中断达1小时左右，并影响了在轨地球卫星的正常工作。

2001年10月28日太阳耀斑爆发，高能粒子流光顾地球，引发了中等强度的地磁暴。

1997年太阳与太阳风层观测器（SOHO）观测到强太阳风暴爆发事件，天体物理学家们在接到通知后，立即将有关设备置于警戒状态。三天之后，美国的AT&T公司彻底失去了和一颗卫星之间的联系，这颗卫星负责为美国最大的电视网传输信号。

1989年太阳活动峰年，一个大太阳黑子群剧烈爆发，太阳风引发的一场地磁风暴就使加拿大魁北克的600万居民遭受断电之苦。

由此可见，太阳对空间天气的影响是举足轻重的，是诱发空间天气灾变的罪魁祸首。不仅对科学探测、卫星运行及各种航空航天活动带来危害，也对工业文明的发展产生一定的破坏力。研究和掌握太阳活动的变化规律，对于预测强烈太阳活动发生的时间，即所谓“空间气象”是十分重要的，同时也有助于对空间自然现象是如何产生的研究。为此，各国政府间开展了一系列科研合作，科学家们用日益复杂的手段研究和了解太阳的活动，并尽量提前预知这些自然现象，减轻消极影响。

在1995年由美国宇航局和欧洲空间局联合发射了太阳和太阳风层观测器（SOHO），在距地球150万千米的轨道上观测太阳活动和太阳风的状况。随时地向地球传送有关太阳黑子、耀斑、日冕的产生和活动情况，并对太阳表面可观测层进行照相研究，

欧洲空间局“竖琴计划”发射的4颗卫星分别叫做“萨尔萨”、“桑巴”、“伦巴”和“探戈”，它们沿着一条椭圆形轨道绕地球运行，高度在1.9万—11.9万千米之间。沿着地球磁顶层边缘运行，时进时出，将自己暴露在太阳风暴下。任务是对地球的电离层环境进行观测，并分析地球和太阳能之间物理关系。4颗卫星呈四面体排列，每两颗卫星之间相距600千米，这种排列方式使它们能够获得地球磁场变化的三维画面。当太阳风掠过地球磁场时，卫星将拍摄三维图像，并以此观察磁顶层的变化。

同时，这些卫星不是独立工作的，它们连接着SOHO卫星，它们就像太阳的一个哨兵，随时向科学家发送警报，以便科学家做出正确的太阳活动预报。

欧洲在1990年发射了“尤利西斯”探测器，它绘制了完整的日光层图，并观察到太阳的两极的风速大于赤道的风速。

上述所进行的一系列太阳物理空间探测科学活动，不仅为我们展示了奇妙而详细的日地连锁爆发及效应，还使我们对从太阳到地球的整个空间天气灾变过程有了感性认识和基本的了解。虽然目前对所观测到的现象的一些物理机制还未完全弄清楚，但是人类已经认识到探测太阳活动的重要性。我们现在已经认识知道，地球的近邻火星，太阳风几乎破坏了整个大气层，使这个失去大气保护的红色星球被沙漠覆盖。人类希望地球不要遭受同样的噩运。今天，我们更加紧地认识到了解太阳和地球之间的相互作用对人类来说至关重要，在21世纪电子文明到来的今天更是如此。

 （本文发表于《飞碟探索》杂志2004年第2期）