空间“天气预报”，危险早知道(2)

如同地球天气中的风霜雨雪等气象要素一样，空间环境中也存在着可以探测的环境参数，只不过换成了粒子、磁场、电磁波等参量。与地面气象探测相比，空间天气监测有何不同？

据国家空间天气监测预警中心研究员黄聪介绍，一是范围更大，从监测距地面20~30公里高度的中高层大气往上直至太阳表面的活动区；二是对象复杂，既要监测中高层大气中的温度、密度、速度等流体力学参数，也要监测电离层、磁层和行星际以及太阳表面的粒子、场和温度等等离子体参数。

“空间天气监测的手段也多种多样。”黄聪说，对于电磁波，可以使用光学遥感和无线电手段来观察；对于磁场，采用磁通门或磁阻技术来感知；对于粒子，可以用半导体或静电分析仪的手段来监测。

空间天气研究主要关心哪些区域？

黄聪告诉记者，主要集中在三个区域，空间天气的源头——太阳，该区域到地球约1.5亿公里；空间天气传播与演化的日地连线区域——日地行星际和磁层，该区域从太阳表面一直到地面数千公里高空；空间天气的地球响应区域——电离层和中高层大气，该区域从数千公里高空一直到距地面20~30公里高度。

“一次完整的空间天气事件一般具有从太阳表面形成与发生、然后在行星际空间传播和演化、最后在地球电离层和中高层大气中产生影响和效应的规律。”黄聪说，因此，从空间天气业务需求来说，需要对从太阳—行星际—磁层空间—电离层和中高层大气，这一空间天气事件因果链上的重要区域进行必要的监测，监测内容包括太阳表面的活动区、行星际、磁层和电离层中的粒子、电场、磁场和波动等等离子体和电磁参数，热层和电离层中的密度、温度和速度等流体参数。

空间天气的研究对象是地球表面20公里以上的空间领域，而这正是大部分的航天、卫星、通信、导航活动发生或依赖的空间领域。因此，灾害性的空间天气会对其产生直接的影响。

据介绍，对于航天设备来说，航天器上的微电子元器件最怕的就是高能粒子中能量更高的那一部分，这些高能粒子能够穿透电子元件，造成数据错误、电路功能混乱或计算机整机瘫痪，引发机器的异常或故障，甚至将其彻底摧毁。

“而能量相对低一些的高能粒子，则可以在航天器内部的电路板、导线等位置产生电荷堆积，阻碍航天器的正常工作。”黄聪表示，在航天器发射和运行期间，对空间天气要素进行连续监测和预报，对可能发生的灾害性空间天气事件作出预警，可以保障航天器的安全。

空间天气预报准确度如何

迈入了数值化时代，但“刚刚踏进门槛”

“空间天气变化的主要源头是太阳，‘太阳大气’剧烈的爆发现象会对空间天气产生显著影响，比如太阳耀斑、日冕物质抛射、太阳质子事件等。”据国家空间天气监测预警中心高级工程师宋乔介绍，耀斑是太阳表面上小块区域突然增亮的现象，耀斑的辐射增强通常遍及整个电磁波谱，其中极紫外、X射线等高能波段的辐射对地球电离层的影响尤为显著。

“太阳的最外层大气叫作日冕，正如其名字所暗示的，日冕物质抛射会将大量的磁化等离子体抛向太空，如果击中地球，可能会产生地磁暴。而太阳质子事件发生的时候，来自太阳的高能粒子数量会迅猛增长，这些能量很高的粒子会对空间站和航天员造成威胁。”宋乔说。