地球上的天氣變幻莫測，時而陽光明媚，時而狂風暴雨，而在九霄云外的外太空，也同樣存在天氣，科學家稱之為空間天氣。它是否和地面天氣一樣多變？也會刮風下雨嗎？

太陽活動主導空間天氣

在一些高緯度國家和地區，可以看到絢爛的極光在夜空飄蕩，訴說美麗的同時也“泄露”著宇宙的秘密——空間天氣。

空間天氣在日地空間中，能影響空間、地面技術系統的運行和可靠性，以及危害人類健康和生命的條件、狀態或事件。“太陽活動是空間天氣變化的主要源頭，因此太陽活動的強弱是決定空間天氣的主要因素。”國家衛星氣象中心空間天氣預報臺首席預報員陳安芹說。

空間天氣中的“風”是太陽風，“雨”則是來自太陽的帶電粒子雨，與地球上的天氣一樣，空間天氣也會“陰晴不定”。在太陽活動低年時，空間天氣較為平靜。而在太陽活動高年時，太陽風暴則頻繁發生、形式多樣，如耀斑、日冕物質拋射、日珥爆發等。“太陽上的耀斑像是突如其來的龍卷風，而CME（日冕物質噴發）則像臺風，這些，都如同外層空間的‘狂風暴雨’”，陳安芹解釋道。

太陽“一打噴嚏”，地球就“感冒”

空間天氣看似遙遠亦或不相干，其實它無所不在、充斥在我們生活的方方面面。比如，當太陽風暴爆發時，輪船、汽車，甚至智能手機都會受到干擾，出現定位不準等問題。

事實上，太陽風暴通常對地球造成三輪沖擊。太陽耀斑爆發時，其發出的電磁波以光速傳向地球，八分半鐘即可抵達地球，引起電離層騷擾，影響高頻無線電通信、導航定位等；其攜帶的高能質子在幾十分鐘至十幾個小時后到達地球，引起電離層D區吸收，影響航空通信、衛星運行等；其伴隨的日冕物質拋射，則在約三天后到達地球，引起地磁暴、磁層亞暴，并且可能影響低軌衛星的軌道高度、電網的安全運行以及地質勘探等。

“大多數情況下，我們感覺不到太陽風暴的影響，但超級太陽風暴可能對日常生活造成嚴重影響。”首席預報員宋喬介紹，以1989年3月超級太陽風暴為例，地磁暴發生后不到90秒的時間，加拿大魁北克省電網全面癱瘓，600萬戶民居陷入黑暗，停電長達9小時，部分地區甚至數日才恢復供電。

除了會影響我們的日常生活，超級太陽風暴對高科技設備系統的影響更大。宋喬補充道，如2000年7月14日的“巴士底日事件”致使多顆人造衛星出現圖像質量下降、數據丟失、軌道下降等情況 。其中，受影響最嚴重的日本ASCA衛星，最終墜入地球大氣層燒毀。

讀懂太陽“臉色”

如何讀懂太陽“臉色”，空間天氣預報顯得尤為重要。

“空間天氣預報主要目的是預測預報空間天氣事件及其影響。”陳安芹說，預報員會綜合分析監測數據，結合統計模型和數值模擬結果等做出預報，經與首席預報員會商并得出預報結論后，制作各種預報產品。

當前，空間天氣預報產品種類豐富，包括日報、周報、月報、年報等。例如，日報主要總結過去24小時的空間天氣情況，并預報未來1—3天的空間天氣狀態，包括太陽活動水平、地磁活動水平以及電離層狀態等。“當有大耀斑、強地磁暴等重要空間天氣事件發生時，還會發布空間天氣預警、現報等產品，讓公眾和專業用戶及時掌握太陽活動的最新動向。”

當下，空間天氣預報正從經驗預報時代邁向數值預報時代。宋喬表示，以觀測數據和科學理論為基礎，通過太陽表面物理參數預測耀斑發生的概率、通過數值模型計算太陽風參數等方法在不斷發展，預報水平穩步提高，為我國衛星發射和載人航天，地面技術系統、導航、通信等保駕護航。（林禹彤）

航天員“太空漫步”，空間天氣預報隨行

生活在地球的我們，已經習慣了陰晴雨雪的天氣變化。相比普通大眾，航天員更為關注空間天氣，因為和地面相比，航天員在太空行走，意味著要從飛船內近似于地面的大氣環境進入太空高真空、強輻射的環境，也意味著要在離開飛船、失重的太空中踽踽獨行。那么，該如何保證出艙航天員的安全？

航天員太空行走，

會面臨哪些危險？

國家衛星氣象中心空間天氣技術研發室正高級工程師薛炳森表示，中國空間站位于400公里左右高度的軌道，要經歷嚴酷的空間環境，比如高真空、高能粒子輻射、從-100℃到100℃的高低溫交變等。另外，還可能遭遇對空間站威脅最大的空間碎片。而隨著近地衛星的迅速擴容，空間站的軌道也變得擁擠起來，特別是星鏈組網衛星的發射，將會有數萬顆衛星穿越空間站軌道，殘留大量碎片，使航天員所駐扎的空間站環境變得更加兇險。

長期駐留空間站的航天員還需關注輻射環境，在近地軌道高度，巴西上空常年存在穩定的高能粒子通量異常區，空間站每天都會多次穿越該區域，是伴隨空間站全生命周期的一種惡劣環境；在太陽活動高年，不定期發生的太陽質子事件也會引起空間站輻射環境的惡化。對于這些高能粒子，空間站的“外墻”可以將其阻擋，但在超級太陽質子事件爆發期，如1989年7月和2003年11月的質子事件，導致國際空間站輻射嚴重超標，航天員被迫進入返回艙躲避。

“雖然空間站對于空間碎片和輻射環境有足夠的防護條件和嚴謹的應急預案，但脫離了空間站防護層的保護時就變得相當危險。對于航天員來說，航天服雖然可以起到保護作用，但空間中存在數量較多且很難被發現的小碎片，一旦擊中航天服，后果不堪設想。”薛炳森說，“這，就需要準確的空間天氣預報。”

空間天氣預報，

為航天員系好“安全帶”

航天員的出艙活動時間會經過嚴密計算與安排。“準確的空間天氣預報，將為航天員‘太空漫步’保駕護航，不會讓其遭遇太陽質子事件。”薛炳森堅定地說，“地面系統時刻監視著太陽高能粒子的變化，一旦突破閾值就會緊急命令航天員返回艙內。”

國家衛星氣象中心（國家空間天氣監測預警中心）作為國家級空間天氣業務單位，為航天器發射及在軌運行提供空間天氣預報及影響評估服務，為載人航天任務提供出艙時間窗口預報，避免航天員出艙活動時剛好遭遇嚴重的太陽高能粒子輻射。預報員根據太陽表面黑子的形態和演化特征，能夠提前1—3天知曉太陽質子事件的爆發和強度，航天地面系統可以根據預報結果安排航天員出艙，提供更高的出艙安全系數；如果預測到超強太陽質子事件，氣象部門則直接向航天系統發出警報，使航天員進入屏蔽艙；強地磁擾動會引起空間站軌道上大氣密度的大幅升高，預報員預測到強地磁事件時，將會提請航天部門提前準備應對軌道高度的突然下降。

另外，國家衛星氣象中心專門開發了空間碎片碰撞預警系統，能夠實時預報太空中高速飛行的碎片位置，為包括風云衛星在內的航天器安全運行提供保障。

2008年，神舟七號載人飛船指令長翟志剛成為我國第一位太空出艙的航天員，國家衛星氣象中心結合空間天氣環境準確預報出艙窗口時間；2011年，神舟八號飛船與天宮一號實驗艙首次進行太空交會對接，衛星中心根據對接軌道環境，對窗口期前后時間段的空間天氣做出準確研判，為任務的順利完成提供了重要保障。（唐淼 于桐）

空間天氣，悄然無聲的存在

當你還在公園慢跑時，你的手機卻將你定位為已到家；當你在航班上滿懷出行的期待時，來自宇宙深處的射線正在偷偷給你做X光檢查；當你心心念念的冰淇淋還在冰箱睡大覺時，遠在一億五千萬公里之外的太陽，已經在謀劃如何替你吃掉它……這些不可思議事情的發生，其實都與空間天氣緊密相連。換言之，空間天氣在通信導航、能源電力、飛行安全等諸多日常生活方面，影響著我們。

自1895年馬可尼發明無線電發報機，通信技術快速發展，但其所遵循的“無線電波經電離層折、反射傳輸”這一科學基礎從未改變。顧名思義，電離層就是被電離之后的大氣層，由太陽光照射到高空空氣而形成，電離層的穩定決定著無線電通信質量，當太陽爆發耀斑等活動后，極強輻射帶來巨大能量，從而打破電離層的穩定，改變其結構，造成無線電信號穿過電離層射向宇宙，或“吞掉”衛星發回地面的關鍵信息，造成短波收音系統以及衛星電話、導航設備工作異常。

那我們拿手機打電話，是不是就應該不受空間天氣的影響了？畢竟信號是通過地面基站完成傳輸，并沒有通過電離層。

絕大多數情況下確實如此，但少發的極端情況也存在。當太陽耀斑活動強度非常高時，這些包含著自然界所有波段的光波可能會突破大氣層的防守，甚至到達地面高度，形成無數的噪音信號。就如同你在地鐵里打電話，當列車高速行駛時，周圍的噪音信號分貝很高，難以聽清電話聽筒的聲音，同時不覺間提高嗓音。手機信號面對耀斑輻射也一樣，一旦干擾信號足夠強，手機的有效信號就會被茫茫太陽輻射所淹沒。

而在太陽耀斑發生時，往往還會伴隨著日冕物質拋射活動，少部分情況還會發生質子事件，前者會引發地磁暴，威脅能源輸電網絡，后者則會給我們的健康帶來風險，尤其是在搭乘飛行時。

當飛機到達海拔8000到12000米的平流層高度時，氣流活動少，進入平飛狀態。此時，乘客可以起身活動，空乘也開始發放航食。但這一高度大氣稀薄，電離輻射比地面高出約30—50倍，如果遇到質子事件發生，對于跨極區飛行，可能給人體造成的輻射劑量將比地面高數千倍，相當于飛行期間做了X光檢查。不過，公眾也不用過分擔心，畢竟飛行時長短暫，但對于飛行員和乘務組來說，就要注意累積輻射劑量，控制其在安全范圍內。（韓大洋）

炫彩極光的背后

極光是一種絢麗的發光現象，當黑暗夜空被奇妙的光束點亮，就如同一場多彩又神秘的演出。但同時，極光背后也暗藏著地球和其他行星空間中發生的高能量爆發性物理過程。那么，美麗的極光是如何產生的？除了南北極，低緯度地區能一睹極光的風采嗎？極光背后有哪些危險的存在？本文帶您揭開極光的神秘面紗——

炫彩極光的誕生

照明需要能量，夜晚的萬家燈火需要電能，極地上空流光溢彩的極光同樣需要能量。地球上大部分能量都來源于太陽，極光也不例外，其能量的來源也是太陽。

太陽是一個時刻都在進行核聚變的巨大天體，除了給地球提供能量以外，核聚變還會不停產生大量高能帶電粒子。這些物質噴涌而出，充斥在整個太陽系，被形象地稱為太陽風。大家知道，地球磁場就如同盾牌一般，可抵擋來自宇宙的“千軍萬馬”。因此，太陽風并不會直接吹到地球上，而是在地球磁場的作用下圍繞地球儲存起來，當儲存的能量飽和時，就會沿著磁力線跑到地球大氣層，在與大氣相互碰撞后，大氣中的原子和分子獲得能量并釋放，這就形成了讓我們大飽眼福的極光。

低緯度地區也能看到極光

由于帶電粒子沿磁力線沉降到極區，所以我們看到的極光都發生在磁場北極或南極附近。恰巧磁軸與地軸只差了十幾度，位置基本一致，便感覺到極光發生在南極和北極。

現如今，磁軸相比地理軸是往北美偏移的，所以比起亞洲，北美更容易看到極光。

但歷史上，磁軸并非一直不變，也發生過漂移。中國科學院地質與地球物理研究所特聘研究員堯中華說道：“在一兩千年前，磁軸曾經偏向西伯利亞，那時中國境內比北美相同緯度更容易看到極光。”同時，如果太陽活動強度夠大，低緯度地區也可以看到極光。

此外，雖然我們對極光已經觀測了數千年，但其實極光并不是地球獨有的“特產”。太陽系八大行星中，除了水星不存在大氣而沒有極光外，其他行星都存在極光。其中，木星擁有著太陽系最強的極光，比地球的極光要強數百倍。

美麗背后的危險

“美麗的極光是人類能直接用肉眼觀察到的空間天氣現象，但它的發生可能意味著地球正在遭受太陽風暴影響”，堯中華說。正如前文提到的，極光是由高能量帶電粒子快速地與大氣碰撞產生，而高能帶電粒子快速運動會產生什么？那就是電流。

因此，大的極光事件一定伴隨著大的電流擾動以及大的電磁擾動，可能影響人造地球衛星和地面通信以及電力系統等。我國雖然不在極光帶上，但作為航天大國，也需要開展極光研究，這不僅能夠幫助我們更好地了解和應對相關風險與災害，也能為服務國家未來深空探測戰略提供參考。

微話題：信鴿飛行指數預報讓精靈不再迷航

與太空飛行的航天器不同，信鴿這種飛翔的精靈活動高度只有幾米到數百米。在地球磁場和大氣層的雙重保護下，它們不用擔心宇宙射線和高能粒子的轟擊。但是，依靠地球磁場和太陽坐標導航的鴿子，卻會苦惱于突然發生的磁暴。

人類進行野外勘探和探險活動時，會借助指南針、導航儀等設備，而信鴿、海龜等動物在千萬年的進化過程中，也形成了借助地球物理環境導航的本領。信鴿通過太陽所處高度與方位和自身的生物鐘能夠判斷東西方向，再結合地球磁場沿緯度的梯度分布，比對鴿巢的地磁數據，就能判斷出當下位置與鴿巢的相對南北方位，從而找到回家的路。

當太陽風集中吹拂地球或是太陽爆發日冕物質拋射時，地球磁場可能發生強度和方向的短時劇烈變化，這就是地磁暴的本質。如果此時，信鴿在距鴿巢數百公里外的飛行途中，便會被擾亂了方位，尤其是當地磁暴強度達到中等或更高等級時，判斷的誤差可達十公里甚至數十公里，遠超信鴿通過肉眼可搜尋的范圍，造成無法歸巢。

“信鴿飛行指數預報”就是根據信鴿遠距離飛行的導航理論，針對國內廣大信鴿運動參與者，專門制作的一種空間天氣專業服務。它根據太陽未來活動趨勢、爆發可能性、時間跨度以及強度，預判可能造成的信鴿導航誤差，從而指導信鴿司放運動開展，減少不必要的信鴿丟失。

當你出門旅游前規劃行程而留意天氣預報時，空間天氣也為咕咕叫的信鴿準備了專業氣象產品。看似高冷莫測的空間天氣領域，服務產品其實也是十分貼心的。