人们在地上生活要关注气象天气预报,航天员在太空中活动就要关注空间天气。


“知道空间天气这四个字含义的人还不到全人类的万分之一。” 中国气象局国家空间天气监测预警中心信息发布平台上写着这样一句话。


上世纪90年代末,中国气象局开始空间天气业务试验。2002年,“国家空间天气监测预警中心”成立,并于2004年正式开展空间天气业务。今年11月16日,中俄联合体全球空间天气中心揭牌,将实现对全球空间天气的实时监视及识别、信息显示和灾害性空间天气告警,并提升中国空间天气航空服务国际影响力。


空间天气是什么?怎么预报?对人类生活有什么影响?记者专访国家卫星气象中心(国家空间天气监测预警中心)空间天气室副处长郭建广,解答上述问题。


航天员出舱要参考空间天气预报

 

新京报:空间天气是什么?全球空间天气中心有什么作用?

 

郭建广:通俗来讲,空间天气指的是日地空间中能够影响地面高级技术系统或危害人体健康的状态或事件,主要是由太阳活动引起的。空间天气预报就是预测空间天气可能发生的趋势、走向,以便对航天、卫星等的技术系统做一些保障服务。

 

卫星运行、航空飞行、地面管网等一些高技术系统,均可能受到空间天气事件的严重干扰。当影响严重的灾害性空间天气事件发生时,就要预警、预报。

 

国际民航组织(ICAO)认识到空间天气会影响航空的安全飞行,希望能将空间天气信息实时分发给民航部门,因此决定成立全球空间天气中心。

 

2019年,国际民航组织全球空间天气中心正式业务运行,开始发布空间天气咨询报,第一份咨询报是去年9月底发出的。今年以来,随着太阳活动逐渐增多,已经发布了多期咨询报,主要是提醒空间天气事件可能对短波通讯的影响。

 

新京报:平时人们可能“感知”不到空间天气的变化,空间天气会对哪些活动产生影响?

 

郭建广:在气象上,天气稍微一变化,人们的感受就非常强烈。空间天气不是这样,即使是灾害性空间天气,它的影响也是大多人感觉不到的。

 

和地面相比,太空中辐射更多,所以空间天气会影响航天员的活动。

 

比如最近我们的航天员在太空行走,他们的出舱时间是经过考虑的。空间站绕着地球转,有一段时间会经过南大西洋异常区,在这个区域 “捕获”了更多的高能粒子,辐射更强,很多卫星经过这个区域都曾发生故障,所以航天员要避开这个区域。另外,如果发生很强的太阳质子事件,航天员不仅不能出舱,还需要进入屏蔽舱里躲避辐射影响。

 

空间天气对卫星也有影响。卫星上的集成电路芯片很容易被来自太阳的高能粒子“打翻”,甚至损坏卫星上探测仪器。比如早期风云一号B星,发射后没多久,其姿态严重失控,就是单粒子翻转事件造成的。后期,科研人员对卫星做了改进,使用了抗辐射的芯片,其寿命才逐渐延长。

 

而具体到人们的生活,平常空间天气好时,大家完全可以忽略这个因素,只需要在灾害性空间天气发生时关注。比如手机导航主要依靠单频GNSS信号,受电离层的影响,本身就不太准,如果再受大的空间天气事件影响,导航偏差更大,甚至可到百米的误差。在野外勘探或要做与磁场有关的地质调查活动时,就要避开大的空间天气事件的影响。

 

研究发现,信鸽在远距离归巢时,磁场导航很重要。在大的磁暴发生后,信鸽归巢率可能会从90%、80%降至20%、30%,所以,进行信鸽放飞也要关注空间天气。

 

此外,灾害性空间天气会对一些基础设施产生作用,从而带来间接影响。如1989年3月,“太阳风暴”导致地磁场强烈扰动,在电网中产生很强的感生电流,摧毁了加拿大魁北克电网的电压器,引起9小时大停电。


风云三号E星太阳极紫外图像。国家卫星气象中心供图


空间天气预报“刚刚踏进门槛”

 

新京报:空间天气如何预报?

 

郭建广:空间天气预报跟我们平常看到的气象天气预报从流程上讲没有太大区别,都是先监测,再预报。二者最大的不同是空间天气预报主要监测太阳。

 

灾害性空间天气的驱动源基本来自太阳,比如太阳风暴,太阳日冕会抛射出大量的物质和能量,它们到达地球前的飞行时间为预报留出了提前量。

 

太阳爆发经常是一连串的过程。最先是太阳表面的耀斑,它带来的影响以光速传播到地球,大概要8分半的时间。第二波是会影响卫星的高能粒子,从太阳到地球要花几个到十几个小时。

 

第三波是太阳喷发的一些物质,我们称为日冕物质抛射。在日地之间有个拉格朗日平衡点L1,距离地球150万公里,放在那里的卫星,可以一直稳定处于日地连线上,像“哨兵”一样,判断太阳抛射的物质能否“登陆”地球、在什么地方“登陆”。

 

这就像台风预报一样,先看到生成、再进行路径预报。对于日冕物质抛射事件,我们可以提前两三天预报。

 

新京报:和气象天气预报相比,空间天气预报的准确率如何?

 

郭建广:在气象天气预报上,首先要有丰富的观测,然后用数值预报模式计算,空间天气的数值预报模式正在筹建中。我们也是刚刚踏进门槛,空间天气的预报水平大致相当于上世纪六七十年代天气预报刚起步的水平。

 

通过观测太阳以及空间天气的变化,我们也总结了一些周期规律和经验辅助预报。太阳活动有一个很有意思的现象,就是有一个大概11年的周期,有太阳活动高年,也有太阳活动低年。当然,这只能说是一个趋势,并不绝对。

 

另外,太阳生命久远,我们基于有限的观测总结出了11年的周期,但随着未来的继续观测,发现的周期规律也可能会改变。

 

新京报记者 王景曦

编辑 白爽 校对 李立军