地球大气层中有阴晴、冷暖、风、雨雪、雷电等与我们息息相关的天气现象，而在茫茫的太空，是否也同样存在天气？答案是肯定的，科学家称之为空间天气，那么空间天气与地球上的天气是否一样？空间天气如何监测？空间天气是否可以预测？

| 什么是空间天气？

空间天气与地球大气层中的天气是完全不一样的，空间天气发生在距地球表面30公里以上的日地之间的空间区域，从远及近包括太阳日冕、行星际、磁层、电离层和平流层中层以上的中高层大气。

在这个空间区域，除平流层中高层有极少量水汽外，其他空间几乎没有水汽，所以就不可能出现我们在地球大气对流层中看到的天气现象。 在这个空间，粒子、能量和电磁辐射是当之无愧的“主角”，而且会因太阳爆发活动喷射的物质和能量到达而发生短时间尺度的变化，并引起地球磁层、电离层、中高层大气等地球空间环境强烈扰动，引发质子事件和电离层暴、地磁暴等效应事件，这就是空间天气。

太阳爆发活动是空间天气的主要起因，太阳爆发时太阳耀斑和日冕物质抛射通过增强的电磁辐射、高能带电粒子流和等离子体云等三种形式释放持续时间短暂、能量极大的光波和粒子，最终作用在地球上，所以空间天气中的“风”是太阳风，“雨”则是来自太阳的带电粒子。

与地球上的天气一样，空间天气也会“阴晴不定”。在太阳活动低年时，空间较为平静，而在太阳活动高年时，太阳爆发活动较多，空间天气频繁而复杂。例如我国国家空间天气监测预警中心2024年2月23日，就发布了一次打破纪录的太阳大爆发：“北京时间2024年2月23日06时34分，位于太阳表面北纬17度东经26度的活动区13590爆发了一次X6.3级的大耀斑，其强度为当前第25太阳活动周最大，同时，也打破自2017年9月10日以来耀斑爆发记录。”

| 为何要关注空间天气？

一次太阳爆发通常对日地空间甚至地球表面空间造成三轮冲击：第一轮：太阳爆发的耀斑，也就是增强的电磁辐射，带来巨大的辐射能量，以电磁波的形式进行传播，因为是光速，所以太阳距离地球的1.51亿公里，大概只需八分半钟就到达地球，电离层的稳定被打破，结构发生改变；第二轮太阳物质，即高能带电粒子流量突增，它需要几十分钟至十几个小时到达地球，使地球周围的高能带电粒子数量增加数千倍，甚至上万倍，由于质子占了总粒子数的90%以上，因此把这种事件称为太阳质子事件；第三轮日冕物质抛射即太阳风，它也会携带大量的能量冲击地球，约三天后到达地球，引起地磁暴、磁层亚暴。

太阳爆发这三轮冲击，给行星际空间、地球磁层，电离层和中高层大气带来短时间尺度变化，产生空间天气，影响地球上的人类活动和在轨道运行的航天器安全运行，例如：

太阳耀斑引发电离层扰动，或使得无线电信号穿过电离层射向宇宙，或“吞掉”卫星发回地面的关键信息，叠加日冕物质抛射引发地磁暴的影响，飞机、轮船、汽车，甚至智能手机借助卫星定位时都会产生误差，严重时甚至无法进行导航。

无线电通话系统遇到空间天气事件时也会因电离层扰动影响轻则通话质量下降，大量的噪音使得双方无法听清彼此，严重时甚至会造成信号淹没、通信中断。

大多数情况下，我们感觉不到空间天气的影响，但超级太阳爆发引起的地磁暴、磁层亚暴，可能影响低轨卫星的轨道高度、电网的安全运行以及地质勘探等，对日常生活造成严重影响。以1989年3月超级太阳爆发为例，地磁暴发生后不到90秒的时间，加拿大魁北克省电网全面瘫痪，600万户民居陷入黑暗，停电长达9小时。

如果在太阳爆发的第二轮冲击发生质子事件，高能带电粒子流经过加速，以每秒几千、几万、甚至十几万千米的速度，到达地球空间后轰击磁层，并能突破地球磁场的重重防线，进入卫星轨道，甚至深入到电离层、大气层和地表空间。大量高能粒子进入地球大气，对于飞机上的乘客和空乘人员来说，航空辐射剂量会出现陡增，给健康带来风险。

长期驻留空间站的宇航员更需关注辐射环境，在太阳活动高年，近地轨道高度不定期发生的太阳质子事件也会引起空间站辐射环境的恶化。对于这些高能粒子，空间站的“外墙”可以将其阻挡，但在超级太阳质子事件爆发期，如1989年7月和2003年11月的质子事件，国际空间站辐射严重超标，航天员被迫进入返回舱躲避。另外航天员出舱“太空漫步”，更需要规避太阳质子事件。

随着近地卫星的迅速扩容，空间站的轨道也变得拥挤起来，特别是星链组网卫星的发射，将会有数万颗卫星穿越空间站轨道，残留大量对空间站威胁最大的碎片，使航天员所驻扎的空间站环境变得更加凶险，因此太空碎片对航天活动的影响也被列为了空间天气的一部分。

作者 | 荀纪伟 高级工程师，毕业于南京气象学院天气动力学专业（现为南京信息工程大学大气科学专业）。作者长期在天气预报和气象服务一线从事业务及管理工作。

来源: 荀纪伟