空間天氣可以預(yù)報(bào)嗎？

丁敏

空間天氣并非實(shí)質(zhì)意義上的天氣，而是指由于太陽活動(dòng)對(duì)地球及近地區(qū)域所造成的影響。如果太陽表面爆發(fā)了一次“日冕物質(zhì)拋射”活動(dòng)，數(shù)十億噸高能粒子以每秒幾百千米，甚至幾千千米的速度向外噴發(fā)，隨后不斷地向外傳播，所影響的區(qū)域?qū)⒅饾u變成一個(gè)半球。這些高能粒子在對(duì)外傳播的過程中，會(huì)對(duì)地球的磁層、電離層、大氣層等產(chǎn)生影響。具體怎么影響，就是空間天氣預(yù)報(bào)需要解決的問題。

當(dāng)太陽的高能粒子穿過地球磁場(chǎng)、電離層，最后來到大氣層時(shí)，稠密的大氣層中的氣體原子與高能粒子會(huì)發(fā)生激烈碰撞，使得它們的能量和速度都受到極大衰減。但是，在它們碰撞的同時(shí)又帶來了新問題，這就是“次級(jí)輻射”。比如，體積小卻具有很高速度和質(zhì)量的中子，它們可以輕松地穿透飛機(jī)座艙，對(duì)乘客和機(jī)組成員造成較地面高十幾倍，甚至幾百倍的輻射計(jì)量。

空間科學(xué)家通過發(fā)射衛(wèi)星來追蹤從太陽流向地球的高能粒子流，將對(duì)其基本物理過程的了解轉(zhuǎn)化為能夠預(yù)報(bào)空間環(huán)境變化的“預(yù)警器”，它們能反映太陽耀斑與質(zhì)子事件概率、地磁暴概率和電離層閃爍活動(dòng)強(qiáng)度。地面觀測(cè)站接收到這些信息后，“翻譯”為空間天氣，并預(yù)報(bào)出來。

為了更好地預(yù)報(bào)空間天氣，科學(xué)家們也在不斷地開發(fā)空間天氣預(yù)報(bào)模式，想讓空間天氣和我們?nèi)粘Ｉ钪械拇髿馓鞖庖粯樱瑢?shí)現(xiàn)預(yù)報(bào)。這些預(yù)報(bào)模式由太陽風(fēng)模式、磁層模式、電離層和熱層模式耦合而成。一方面，它們可以利用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ絹韺?shí)現(xiàn)預(yù)報(bào)；另一方面，它們可用觀測(cè)數(shù)據(jù)來填充實(shí)測(cè)經(jīng)驗(yàn)的空白。endprint