21世紀除了宇宙工廠、宇宙農場之外，宇宙醫(yī)療中心以及宇宙居民點也將在宇宙空間相繼建立起來。21世紀宇宙天氣預報對航行、工作、生活在宇宙空間的人們將是不可缺少的。因此，“宇宙氣象學”作為一門新的學科，將會迅速發(fā)展起來。

警報拉響

日本通信號綜合研究所曾向公眾發(fā)布了一條特殊的預報：“太陽活動從平穩(wěn)轉向活躍的狀態(tài)，預計未來幾天將更加活躍。”這條關于太陽系的天氣預報對地球上的我們有什么價值嗎?

研究所的研究人員做㈩這個預報，是因為太陽表面出現了大片的黑子區(qū)域，預報發(fā)出4天后，太陽表面出現了巨大的耀斑。這個耀斑不但輻射出大量的射線，而且伴隨著這個耀斑，從太陽表面還以迅猛的速度釋放出由質子和電子組成的等離子體。山于這個耀斑發(fā)生的位置正對地球，所以在耀斑發(fā)生后8分鐘，X射線直接襲擊了地球，19小時后等離子體像云朵一樣到達地球。

其他各種衛(wèi)星也受到這個耀斑的影響。美國宇航局環(huán)繞火星飛行的奧德賽號探測器也發(fā)生異常，歐洲宇航局的月球探測衛(wèi)星“SMART-l”的發(fā)動機自動停止。另外，被日本JAXA棄用的環(huán)境探測衛(wèi)星“綠色2號”也受到耀斑輻射的等離子體襲擊，使太陽能電池板的電力降低。太陽耀斑不僅影響了人造衛(wèi)星，由于飛來的質子是放射性的，逗留在國際空間站或航天飛機上的宇航員也有遭到輻射的危險。在這次耀斑發(fā)生的過程中，地面人員發(fā)出指令，讓空間站的宇航員盡量藏身在受輻射影響小的地方，以避免可能㈩現的危害。

太陽耀斑的影響

那么，巨大的太陽耀斑發(fā)生時，究竟會造成怎樣的影響呢?

首先，耀斑發(fā)生時，大量釋放X射線或質子、電子放射線。這些放射線一旦進入搭載在衛(wèi)星上的半導體，就會引起非常微小的放電現象。結果，半導體會誤以為放電是電信號，于是發(fā)生錯誤指令，衛(wèi)星發(fā)生故障。

這樣的現象如果是小規(guī)模的，不會引起大的信號故障。但是，如果衛(wèi)星遭受大量質子輻射的話，信號顛倒的現象就會發(fā)生，使衛(wèi)星發(fā)生重大的錯誤動作，通常，研究人員無奈地將此種信號稱為“幽靈指令”。1994年冬季奧運會時就發(fā)生了這樣的一幕，滑雪比賽的轉播突然中斷了，原因是幽靈指令使轉播衛(wèi)星的太陽能電池板比平時高30多倍的速度旋轉，造成電力降低。

還有一個危害足，太陽電池板受到質子等粒子碰撞加速老化。盡管是分子或原子級的大量粒子碰撞表面，但逐漸使太陽電池性能降低。例如1989年因太陽發(fā)生大的耀斑，致使日本的“向日葵”氣象衛(wèi)星的太陽電池板僅一，年左右就老化了。如果觀測耀斑能預計放射線的飛來，提前發(fā)布宇宙天氣預報的話，則稍微挪動，下太陽電池板的角度，就能減輕損傷。

太陽發(fā)生大的耀斑時，存在于太陽周邊日冕的等離子體會成塊地飛向地球，速度為每秒1000～2000米，這被稱為日冕物質拋射，通常兩天左右就到達地球。等離子體與地球磁場作用，頻繁地引起強烈的極光。極光中有大的電流，使地面上的輸電線或鐵制管線里產生感應電流，把變壓器燒毀，引發(fā)大面積停電。另外，鐵管通電后，更容易被腐蝕，因此頻繁出現感應電流，使鐵管泄漏，例如1989年3月13日加拿大發(fā)生的磁暴引起大規(guī)模的極光，與此同時加拿大的輸電線因變壓器的燒毀造成大面積的停電，約100萬人的生活受到影響。

再者，極光電流發(fā)出的熱使空氣溫度上升。暖空氣向高空流動，增加了對圍繞地球軌道運轉的人造衛(wèi)星的大氣摩擦。在2000年日本“飛鳥”X射線衛(wèi)星由于大氣摩擦增加，姿態(tài)失去控制，軌道高度不斷降低，最終沖入大氣層內燒毀。

另外，由日冕物質拋射引起的磁暴進一步成為電離層暴的原因。一旦引起電離層暴，連接人造衛(wèi)星與地上的電波產生起伏，在通信中發(fā)生誤差，由此造成氣象衛(wèi)星的圖像紊亂或GPS的定位發(fā)生誤差，造成汽車或飛機的導航系統(tǒng)受到影響，類似的事故也可由X射線引起。太陽發(fā)出的X射線到達地球，會干擾電離層的底層，由于飛機、船舶的無線通信是通過這個電離層的底層，一旦受到干擾就無法通信。

宇宙天氣也能預報

為了使人類在地球上的活動不受太陽下擾，人類可以更安全地探索宇宙，新興的“宇宙大氣預報”正在悄然崛起。如果能搶先觀測到太陽發(fā)生的耀斑，就能夠提前做出質子飛來的警報，并及時轉移空間站的宇航員，把可能導致錯誤動作的衛(wèi)星切換到安全模式，應對即將到來的危險。

為了對付來自太陽的襲擊，人們想到了要做宇宙天氣預報。要做預報，就先要準確地觀測太陽的一舉一動，然后通過計算機模擬，預測太陽未來的變化。這種方法其實和地球上的天氣預報類似，氣象臺先觀測地球的氣壓、溫度、風向等狀況，然后根據這些數據進行模擬做出預測。

宇宙天氣預報的任務是根據地球上觀測網和人造衛(wèi)星觀測的數據進行綜合分析之后，迅速預測出與太陽活動相關連的宇宙環(huán)境變化情況，并把它傳送到宇宙基地，根據宇宙天氣預報，人們可以得知太陽X射線預報、耀斑粒子線預報、放射線預報以及等離子環(huán)境預報。提供這種宇宙環(huán)境變化的情報，不僅對參與宇宙開發(fā)的人，而且對從事宇宙學術研究或觀測活動的學者也是大有裨益的。

如今，日本名古屋大學的太陽地球環(huán)境研究所已經制作出了實時的地球高緯度地區(qū)電壓分布、帶電粒子流的宇宙天氣圖。不過，這個研究所的科學家承認，現在的宇宙天氣預報除了預測在什么地方可能發(fā)生異常外，還無法預測更細節(jié)的現象。為了讓宇宙天氣預報更加實用，除了提高現有的模擬技術外，有必要提高太陽或地球磁層的觀測精度。同時，期待有更多的人造衛(wèi)星觀測宇宙空間發(fā)生的現象，就有可能獲得更精確的宇宙天氣信息。

目前，美國科學家正引入一種新的氣候預報體系——電離層氣候預報，通過對距離地面80千米以外的電離層的監(jiān)控，為航班飛行、無線通訊等提供早期預警。莫斯科應用地球物理學研究所近日設立“宇宙天氣”預報站，它將每日向莫斯科居民通報太陽表面的活動情況及其可能對地面通信和人體健康產生的影響。

總之，我們的生活與宇宙息息相關，為了在太陽劇烈的影響中守護我們的地球，我們必須經常監(jiān)視太陽，預測宇宙的天氣變化。

[責任編輯] 蒲 暉