宇宙天气预报

图 太阳一发脾气，地球就感冒！太阳的口气吹得真够远的。

　　2003年10月24日，日本通信综合研究所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？

　　警报拉响

　　研究所的研究人员做出这个预报，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。这个耀斑辐射出大量的X射线。伴随着这个耀斑，从太阳表面以迅猛的速度释放出由质子和电子组成的等离子体。由于这个耀斑发生的位置正对地球，所以在耀斑发生后约8分钟，X射线直接袭击了地球，19小时后，等离子体象云朵一样到达地球。

　　耀斑在地球造成了各种现象，在日本北海道，观测到带有红色特征的低纬度极光，此外在欧洲、北美以及澳大利亚等地也可看到极光。然而，人们没有心情去欣赏极光。耀斑发生几小时后，担任日本航天研究所的数据中继卫星的姿态控制传感器发生了异常，为此研究人员把卫星切换到安全的模式运行，以避免耀斑带来的更大影响。

　　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，欧洲的月球探测卫星的发动机自动停止。等离子体的袭击干扰了地球的磁场，造成了卫星故障。日本的一颗环境探测卫星的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，让空间站的航天员尽量藏身在受辐射影响小的地方，以避免可能出现的危害。早在2001年，由于太阳上出现大的耀斑，美国就曾终止了一次航天飞机上进行的舱外行走活动。

　　太阳发威真可怕

　　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，于是发出错误指令，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以比平时高30多倍的速度旋转，造成电力降低。

　　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，速度每秒钟1000～2000千米，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造的管线里产生感应电流，把变压器烧坏，引发大面积的停电。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。

　　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。

　　太阳发出的X射线到达地球，会干扰大气层中的电离层。由于飞机或船舶的无线电通信信号都通过电离层，因此大量的X射线会干扰无线电通信，使人们彼此之间无法联络。此外，X射线的干扰还会让气象卫星的图象紊乱，全球定位系统发生误差。

　　由此可见，随着航空时代的到来，对宇宙天气做预报刻不容缓。

　　宇宙天气也能预报

　　为了让人类更安全地探索宇宙，新兴的"宇宙天气预报"正在崛起。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，作出预测。

　　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，本文开头提到的那次预报就很粗略。为了让宇宙天气预报更加实用，还需要改进观测技术和模拟程序。如果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。

　　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。

来源：《大科技》杂志