空间天气监测新计划
Dennis Normile和Richard Stone 文    Shea 译

中国和美国的两个新计划将监测太阳爆发、射电闪烁和地磁暴。

  

[图片说明]：C/NOFS将探测赤道附近干扰卫星通讯的电离层泡。图片版权：Laila Jeong。

　　是雷暴雨云团孕育了龙卷风？抑或是温暖的海水哺育了台风？大气层底部的天气遵循着可预测的规律。但是空间天气却不是这样。尽管太阳爆发会引发地磁暴已是众所周知的，但是真正具有破坏力的却是一些不显眼的爆发事件。2006年7月底在中国北京召开的西太平洋地球物理会议上，提出了两个计划，它们将填补空间天气监测中的这个关键空白。

　　其中一个计划将监测上层大气中会破坏卫星通讯和全球定位系统导航的扰动。为了研究和预报这些现象，美国军方计划于2008年发射“通讯/导航中断预报系统”（C/NOFS）卫星。同时中国也计划在2012年发射名为“夸父”的太阳天文台，用于高精度的监测太阳爆发和地磁暴。“对于空间天气预报而言，这两个计划非常重要而且大有可为，”日本名古屋大学的太阳物理学家盐川和夫（Kazuo Shiokawa）说。

　　当太阳风扰动地球磁层时，会将能量和带电粒子输入地球上层大气，地磁暴由此产生。最剧烈的地磁暴通常发生在以11年为周期的太阳活动峰年，此时太阳上会出现巨大的耀斑和日冕物质抛射（CME）。强烈的地磁暴会导致人造卫星和电网短路。同时它们也会给空间飞行造成危险。例如，如果1972年12月发射的“阿波罗”17号早4个月发射，那么源自一系列超强耀斑和CME的高能粒子“可能会杀死宇航员”，德国马普太阳系研究所的太阳物理学家莱纳·史文（Rainer Schwenn）说。未来前往月球和火星的宇航员也会面临同样的问题。

　　10年前当太阳和太阳风层探测器（SOHO）被发射到拉格朗日1点（L1）之后，对地磁暴的预报发生一次巨大的飞跃。在L1点太阳和地球的引力相平衡，因此SOHO可以占据较为稳定的轨道。在这次西太平洋地球物理会议上，演讲者展示一段2003年10月发生的一次CME的影片，这是有史以来最强地磁暴的前兆。SOHO在地磁暴发生前几个小时发出了预警，这使得很多卫星及时关闭电源减少损失。然而，“大量的太阳爆发是无法预报的，”印度乌代浦尔太阳天文台的南提塔·斯瑞代斯塔法（Nandita Srivastava）说。

　　地磁暴并不是唯一的灾害。由电离层中的“气泡”所造成的射电闪烁效应会干扰卫星与地面的通讯。这些低密度的等离子团块的跨度一般有几百千米，通常出现在黄昏到午夜之间靠近赤道的地方，但是它们是如何形成的至今还是一个谜。盐川和夫说：“当一个电离层泡在你上空经过的时候，卫星电视就会中断。”由美国空军研究实验室和美国国防部空间研发和测试部门联合管理的、耗资1亿美元的C/NOFS计划将第一次连续地对这些电离层泡进行采样研究。“这将是一个绝妙的计划，它会提高我们预报这些灾害的能力，同时也有助于我们了解这些气泡背后的形成机制，”美国密歇根大学的空间科学家迈克尔·列蒙（Michael Liemohn）说。

　　尽管C/NOFS的主要目的是给美国军方提供早期预警，但是美国戈达德航天中心的C/NOFS项目科学家乐关（Guan Le，音译）表示“数据将不会受到限制”。原计划C/NOFS将使用飞马X型火箭于2004年发射，但是由于技术问题推迟到了2008年中期发射。

　　未来的“夸父”计划将成为中国最雄心勃勃的空间科学计划。夸父是中国古代神话中追逐太阳的人。“夸父”计划包含了三颗卫星。其中一颗卫星将被放置在L1点，用于监测太阳耀斑和CME，为将要发生的地磁暴提供3天的预警。另外两颗卫星将被放置在地球磁层处，用于对北极光的24小时监测。这个项目的合作者加拿大卡尔加里大学的埃瑞克·多纳文（Eric Donovan）说：“如果它能上天，那么‘夸父’将创下数个第一。”

　　中国将建造和发射“夸父”卫星。尽管加拿大和欧洲的研究机构领导了这个计划的科学目标的制定，但是“夸父”计划主管、北京大学的涂传诒说，中国国家航天局（CNSA）的官员强调中国本土的科学家将在仪器设备的研发方面起到至关重要的作用。“通过这个项目，”“夸父”计划的合作者史文说，“中国将进入国际空间科学俱乐部。”

　　CNSA希望“夸父”计划能在在明年春天完成评审，2009年最终立项。由于位于L1点的SOHO和美国宇航局的高新化学组成探测器（ACE）已经超期服役，因此“夸父”计划显得尤为重要。“几年之内，我们可能完全失去对CME的监测能力，”史文说，这就像是蒙住双眼来应对龙卷风或者台风的袭击。


出自：Science
发布日期：2006-08-04

2001-2009 火流星工作组制作


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