為什么我們需要更精準地預測太空氣候

圖片來源：NASA/SDO（太陽動力學天文臺）

太陽是地球維持生命最重要的能量來源，但它帶給我們的遠不止光和熱。它也給我們帶來了太陽風暴。

像太陽耀斑產(chǎn)生的日冕物質(zhì)拋射這樣太陽上的擾動會導致太陽風暴。太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射向太空發(fā)射大量輻射和帶電粒子，這都是能量傳遞的形式。

許多人仍然記得加拿大魁北克電網(wǎng)的崩潰，導致停電和系統(tǒng)功能降低。衛(wèi)星、空間站和宇航員、航空、GPS、電網(wǎng)等都可能受此影響。

隨著人類文明的進步，我們被太陽風暴影響得越來越多。隨著太陽活動的活躍，我們需要更好地預測太陽上的“天氣”。

1989年3月13日加拿大魁北克電網(wǎng)的崩潰持續(xù)了9個小時，影響了600萬人。它造成了數(shù)億美元的損失和收入損失。這次停電正是太陽風暴引起的。

如今，我們更加依賴科技，而這些技術(shù)又越來越容易受到太空及其獨特自然災害的影響。1859年的科技僅限于電報，其中大多數(shù)在歐洲和北美都出現(xiàn)了故障，在某些情況下會對操作員造成電擊。

如今，我們更加依賴科技，而科技又越來越容易受到太空及其獨特自然災害的影響。

太空輻射

太空如此遼闊，凜冽，黑暗，充斥著危險的輻射。太空輻射主要來自星際宇宙輻射——從其他星系拋出的高能粒子，以及來自我們的太陽的高能粒子爆發(fā)。

在太空輻射中，原子在星際空間中加速到接近光速。最終，電子被剝離，只剩下帶正電的原子核。

人類對太陽黑子的觀測和計數(shù)已開展400多年，是世界上持續(xù)時間最長的實驗。太陽有一個11年的太陽黑子活動周期，目前我們正處于這個周期的中間，即將到達太陽活動最活躍的時間段。下一次太陽活動高峰預計將于2025年開始。

北極光是由太陽耀斑引起的。（圖片來源：丹尼爾·博費利）

人們熟悉北極光，這是太陽輻射的一種可見的影響。地球的磁場保護我們免受大部分空間輻射的危害，它將帶電粒子引導到兩極，進入大氣層并使其電離，從而創(chuàng)造了美麗的極光。

但輻射也會影響科技和人類。在強烈的太陽輻射風暴期間，高能質(zhì)子會破壞衛(wèi)星內(nèi)部的電路和宇航員的DNA。乘坐飛機經(jīng)過北極上空的乘客和機組人員將受到更多的輻射。

這些輻射風暴會使導航操作變得極其困難。高能質(zhì)子還可以電離大氣中的原子和分子，形成一層自由電子。該電子層可以吸收高頻無線電波，導致高頻通信（或短波無線電）的中斷。

隨著我們對技術(shù)的日益依賴，預測太空氣候至關(guān)重要。然而，專家們一直棉鈴著準確預測太空氣候的挑戰(zhàn)。

預測太空氣候

了解太陽黑子的復雜性將有助于我們預測太陽耀斑是否會發(fā)生。我和我的同事開發(fā)了一個實時自動化計算機系統(tǒng)，它使用圖像處理和人工智能技術(shù)來監(jiān)測和分析太陽衛(wèi)星數(shù)據(jù)。這有助于預測未來24小時內(nèi)太陽耀斑活動的可能性。

我們開創(chuàng)了自動處理、檢測和提取NASA太陽動力學天文臺捕獲的太陽特征（如活動區(qū)域和太陽黑子）的新技術(shù)。我們還引入了第一個自動、實時的太陽黑子分類系統(tǒng)。在此之前，太陽黑子的分類是由專家人工進行的。

太空任務(wù)和執(zhí)行任務(wù)的宇航員更容易受到輻射的影響，因為他們不受地球磁場的保護。太空輻射對人類的影響可能包括輻射病、癌癥風險增加、退行性疾病和中樞神經(jīng)系統(tǒng)影響。

盡管存在這些風險，人類和機器人在太空中的活動仍在增加，如美國宇航局正致力于在2040年前將人類登陸火星。目前火星上有兩輛漫游車：“好奇號”和“毅力號”。此外，還有一輛著陸器正在運行，另一輛漫游車計劃于2026年發(fā)射。

我們的太空天氣預報系統(tǒng)是公開的，現(xiàn)在被用作NASA機器人任務(wù)的決策工具之一，并用于管理NASA錢德拉X射線天文臺軌道上的輻射影響。

隨著我們繼續(xù)深入太空，我們需要加強目前對太空氣候的預測能力，以更全面地了解太陽活動，并減輕其對太陽系的影響。

這項任務(wù)極具挑戰(zhàn)性，因為大多數(shù)太陽觀測都是基于地球的視野進行的。為了適應圍繞太陽的其他天體軌道，有必要對太陽特征的演變進行更好的建模和研究。

BY:Rami Qahwaji

FY: Ludwig_XU

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