天气,顾名思义,是建立在大气的基础上的,宇宙空间没有大气,所以也谈不上天气。我们所说的空间天气并非实质意义上的天气,而是指由于太阳活动对地球以及近地区域所造成的影响。
针对空间天气的预报就是空间天气预报,它的主要内容是对太阳活动和其近地区域造成的影响进行预报。
目前,世界上开展空间天气服务的国家并不多,但是,开展得比较成熟的国家,关注的人不少。比如美国国家海洋和大气管理局(NOAA)就有完整的空间天气预报中心(SWPC)进行相关领域预报和服务,该中心网页每天的访问量接近一百万次。
什么内容这么吸引人?空间天气预报到底是做什么的?
让我们打开脑洞,将视野扩大到浩瀚的宇宙空间,以距离地球地面30公里的高空为起点,一直向外,直到距离地球一亿五千万公里以外的太阳,这中间所包含的空间里面所具有的“天气”都是空间天气,与传统气象概念不同的是,空间天气专指由于太阳活动对地球以及近地区域所造成的影响。
空间天气概念示意图 来源:国家空间天气监测预警中心不难看出,空间天气预报是围绕太阳展开的,如果太阳表面爆发了一次“日冕物质抛射”活动,数十亿吨高能粒子以每秒几百甚至几千公里的速度向外喷发,随着不断地向外传播,所影响的区域逐渐变成一个半球。
这些高能粒子在对外传播的过程中,就会对地球的磁层、电离层、大气层等产生影响了。那么具体它会怎么影响,就是我们空间天气预报需要解决的问题。
当太阳活动产生的高能粒子在星际旅行,并与地球的首次邂逅时,它们首先扰乱的是地球的磁场。在经过一到两天的星际之旅后,高能粒子首先与地球的磁层碰面了,地球磁场在这股巨大能量的冲击下努力保持原有形态,虽然如此,也还是被这股力量无情的拉长,这时就会发生地磁暴,对于人类来说,我们感受不到地磁暴的影响,但是对于能够感觉到地球磁场的鸟类来说就遭殃了。因为地磁暴的发生,鸟类的导航系统会受到影响,比如信鸽就会出现成千上万只一起迷失的现象,驯养信鸽的人会因此蒙受巨大损失。
空间天气对地球的影响 来源:NOAA紧接着,日冕物质抛射产生的高能粒子会影响到地球的电离层,处在这一层中的电子被太阳高能粒子吓得到处逃窜,这一秒还扎墩儿的躲在一起,下一秒又四散奔逃了,电离层也因此变得坑洼不平、薄厚不一。全球定位系统的信号传输过程会因此发生剧烈的抖动,严重时会影响定位精度甚至是完全罢工。
太阳爆发的高能粒子影响地球的过程(示意图)来源:NASA最后,来自太阳的高能粒子与地球生物的最后一层屏障——大气层相遇了。稠密的大气层中的气体原子与高能粒子发生着激烈的碰撞,使得它们的能量和速度都得到极大的衰减,但是碰撞的同时却带来了新的问题,这就是“次级辐射”,比如说小体积却具有很高速度和质量的中子,它们可以轻松的穿透飞机座舱,对乘客和机组成员造成较地面高十几甚至是几百倍的辐射计量。
由此可见,空间天气对我们地球的影响不小,同样需要精准的预报。
文字来源:中国气象局官网
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