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  • 太空里也有天气?地球外的宇航员也需要看“天气预报”吗?

    时间:2021-01-24  来源:数字北京科学中心  作者:

    刮风、下雨、阴天、晴天……生活在地面上的我们已经习惯了天气的变化。

    如果你对气象学有所了解,就会知道地球上的天气主要受到了太阳的影响,正是太阳的能量驱动着地球上的水与空气,形成了丰富的天气现象。

    那么问题来了,远在“九霄之外”,接近真空的宇宙空间里会有“天气”存在吗?没有大气哪里来的天气呢?

    太阳:我的势力遍布太阳系

    太阳,一颗炽热的天体,它散发出的光芒“供养”了地球上的万物生灵,它的热量驱动着地球上的风起云涌。

    但你知道吗?地球仅仅吸收了太阳释放总能量的二十亿分之一,从太阳辐射出的光、带电粒子几乎可以遍及整个太阳系,这些物质的变化涌动就形成了“太空中的天气”,也就是我们今天要介绍的空间天气。

    太阳系

    空间天气是指因太阳活动而产生的空间环境的变化。作为生活在地球上的人类,我们更关注地球附近的空间环境是怎么受太阳活动改变的,当太阳活动剧烈时,就可能对地球以及人类活动造成影响。

    接下来,就让我们见识见识太阳的“招数”。

    太阳:改变空间天气我有“三招”

    太阳活动剧烈时,往往会出现三个现象,它们分别是太阳耀斑、高能带电粒子流和日冕物质抛射。

    2011年9月5日至9月9日太阳活动(极紫外线);在极紫外线波段观测太阳即可观察到太阳活动,又能获得太阳的磁场信息  来源|北京科学中心小球大世界特色展区

    2011年9月5日至9月9日太阳活动(极紫外线);在极紫外线波段观测太阳即可观察到太阳活动,又能获得太阳的磁场信息来源|北京科学中心小球大世界特色展区

    >>>>太阳耀斑

    太阳耀斑是指太阳某个区域发出的光突然变强,主要释放光能。如果你在这时用仪器观测太阳,就会发现这里有个明亮的“十字形”光芒。

    太阳耀斑爆发出的电磁波频率范围极广,从伽马射线到无线电波都包含在内。当太阳耀斑发生的区域正好朝向地球时,就会有强度极高的电磁波,以全宇宙最快的速度(光速,299792458m/s),向地球冲来。

    太阳耀斑,不同颜色表示不同频率下观测 来源|国家空间天气监测预警中心

    太阳耀斑,不同颜色表示不同频率下观测来源|国家空间天气监测预警中心

    由于太阳耀斑产生的光能以光速传播,因此预测太阳耀斑并不是很容易,当你在地球附近观测到它发生时,它的能量就已经传播到地球周围的空间了。

    可能有小伙伴会疑惑,光能造成什么危害呢?它对地球空间环境最直接的影响是干扰电离层。

    电离层在大气层的外层,这里的大气受太阳辐射影响处于部分电离的状态,存在着大量的等离子体。

    这样的组成使得电离层可以反射一定频率范围的电磁波(短波),而更高频段的电磁波却可以穿透电离层。

    太空里也有天气?地球外的宇航员也需要看“天气预报”吗?

    来源|abbao.cn

    借助这个特性,人们发明了“天波通信”,人们将短波信号向天空发射,经由电离层的反射,再次回到地面,实现远距离无线信号传输。

    然而对于卫星和航天器,我们就要选择能穿过电离层的电磁波频段来实现卫星或航天器与地面之间的通信。

    太空里也有天气?地球外的宇航员也需要看“天气预报”吗?

    来源|国家空间天气监测预警中心

    当太阳耀斑发出的电磁波达到地球电离层后,会使平静、均匀、结构完整的电离层受到扰动,使电离层密度不均,甚至团块化——有些地方出现电离层空洞,有些地方的电离层又会突然变厚。

    这时一些原本应该被电离层反射的短波可能会在空洞处穿出,一些原本该穿过电离层传到卫星的信号可能会被增厚的区域阻挡。整个短波通信和卫星通信都会处于混乱的状态。

    虽然不像地震洪水一样,会造成实实在在的伤害,但对于卫星通信已经十分普及的今天,这样的混乱的局面也会带来不少麻烦甚至酿成事故。

    关键词:宇航员 天气预报
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