为什么我们需要更精准地预测太空气候

图片来源：NASA/SDO（太阳动力学天文台）

太阳是地球维持生命最重要的能量来源，但它带给我们的远不止光和热。它也给我们带来了太阳风暴。

像太阳耀斑产生的日冕物质抛射这样太阳上的扰动会导致太阳风暴。太阳耀斑和日冕物质抛射向太空发射大量辐射和带电粒子，这都是能量传递的形式。

许多人仍然记得加拿大魁北克电网的崩溃，导致停电和系统功能降低。卫星、空间站和宇航员、航空、GPS、电网等都可能受此影响。

随着人类文明的进步，我们被太阳风暴影响得越来越多。随着太阳活动的活跃，我们需要更好地预测太阳上的“天气”。

1989年3月13日加拿大魁北克电网的崩溃持续了9个小时，影响了600万人。它造成了数亿美元的损失和收入损失。这次停电正是太阳风暴引起的。

如今，我们更加依赖科技，而这些技术又越来越容易受到太空及其独特自然灾害的影响。1859年的科技仅限于电报，其中大多数在和北美都出现了故障，在某些情况下会对操作员造成电击。

如今，我们更加依赖科技，而科技又越来越容易受到太空及其独特自然灾害的影响。

太空辐射

太空如此辽阔，凛冽，黑暗，充斥着危险的辐射。太空辐射主要来自星际宇宙辐射——从其他星系抛出的高能粒子，以及来自我们的太阳的高能粒子爆发。

在太空辐射中，原子在星际空间中加速到接近光速。最终，电子被剥离，只剩下带正电的原子核。

人类对太阳黑子的观测和计数已开展400多年，是世界上持续时间最长的实验。太阳有一个11年的太阳黑子活动周期，目前我们正处于这个周期的中间，即将到达太阳活动最活跃的时间段。下一次太阳活动高峰预计将于2025年开始。

北极光是由太阳耀斑引起的。（图片来源：丹尼尔·博费利）

人们熟悉北极光，这是太阳辐射的一种可见的影响。地球的磁场保护我们免受大部分空间辐射的危害，它将带电粒子引导到两极，进入大气层并使其电离，从而创造了美丽的极光。

但辐射也会影响科技和人类。在强烈的太阳辐射风暴期间，高能质子会破坏卫星内部的电路和宇航员的DNA。乘坐飞机经过北极上空的乘客和机组人员将受到更多的辐射。

这些辐射风暴会使导航操作变得极其困难。高能质子还可以电离大气中的原子和分子，形成一层自由电子。该电子层可以吸收高频无线电波，导致高频通信（或短波无线电）的中断。

随着我们对技术的日益依赖，预测太空气候至关重要。然而，专家们一直棉铃着准确预测太空气候的挑战。

预测太空气候

了解太阳黑子的复杂性将有助于我们预测太阳耀斑是否会发生。我和我的同事开发了一个实时自动化计算机系统，它使用图像处理和人工智能技术来监测和分析太阳卫星数据。这有助于预测未来24小时内太阳耀斑活动的可能性。

我们开创了自动处理、检测和提取NASA太阳动力学天文台捕获的太阳特征（如活动区域和太阳黑子）的新技术。我们还引入了第一个自动、实时的太阳黑子分类系统。在此之前，太阳黑子的分类是由专家人工进行的。

太空任务和执行任务的宇航员更容易受到辐射的影响，因为他们不受地球磁场的保护。太空辐射对人类的影响可能包括辐射病、癌症风险增加、退行性疾病和中枢神经系统影响。

尽管存在这些风险，人类和机器人在太空中的活动仍在增加，如宇航局正致力于在2040年前将人类登陆火星。目前火星上有两辆漫游车：“好奇号”和“毅力号”。此外，还有一辆着陆器正在运行，另一辆漫游车计划于2026年发射。

我们的太空天气预报系统是公开的，现在被用作NASA机器人任务的决策工具之一，并用于管理NASA钱德拉X射线天文台轨道上的辐射影响。

随着我们继续深入太空，我们需要加强目前对太空气候的预测能力，以更全面地了解太阳活动，并减轻其对太阳系的影响。

这项任务极具挑战性，因为大多数太阳观测都是基于地球的视野进行的。为了适应围绕太阳的其他天体轨道，有必要对太阳特征的演变进行更好的建模和研究。

BY:Rami Qahwaji

FY: Ludwig_XU

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来源: 天文在线