面对太空天气，我们必须依靠运气，因为很难预测

太空天气很难预测——只有一个小时可以防止地球上的灾难。

沙丘般的北极光。。

太阳风和地球大气的相互作用产生了在夜空中翩翩起舞的北极光。

（图片来源：格雷姆·威普斯）

Martin Gerard Connors，阿萨巴斯卡大学空间科学与物理学教授

天文学前沿的最新发展使我们能够观察到围绕其他恒星运行的行星具有天气。事实上，我们已经知道我们太阳系中的其他行星也有天气，在许多情况下比我们自己的还要极端。

我们的生活受到地球天气短期大气变化的影响，我们担心长期气候变化也会产生巨大影响。最近创造的术语“太空天气”是指在太空中出现但影响地球及其周围地区的效应。

空间天气比气象天气更微妙，通常作用于技术系统，并具有从通信中断到电网故障的潜在影响。

预测空间天气的能力是提供警告的重要工具，以便可以尝试减轻影响，并希望在极端情况下防止灾难发生。

天气预报的历史

我们现在习惯于在大约两周的时间范围内进行相当准确的大规模气象预报。

科学天气预报起源于大约一个世纪前，“前线”一词与第一次世界大战有关。气象预报基于对基础理论的深入了解，并被编入在最先进的计算机上运行的大量计算机程序中，并具有大量输入数据。

天气的重要方面，如水分含量，可以通过连续监测的卫星进行测量。其他测量也很容易进行，例如每天发射近 2,000 个气象气球。探索天气预报的极限引发了混沌理论，有时被称为“蝴蝶效应”。错误的累积带来了两周的实际限制。

相比之下，太空天气的预测只有提前一小时左右才是真正可靠的！

太阳效应

大多数太空天气来自太阳。它的最外层大气以超音速吹入太空，尽管密度如此之低，以至于行星际空间比我们实验室认为的真空更稀有。与地球上的风不同，这种太阳风携带着磁场。

这比我们在地表用指南针可以探测到的地球自身场要小得多，也比冰箱磁铁附近的场要小得多，但它可以与地球相互作用，在太空天气中起着重要作用。

非常稀薄的太阳风，带有非常微弱的磁场，仍然可以影响地球，部分原因是它与地球周围的一个大磁泡相互作用，称为磁层，面积非常大，至少是地表的一百倍我们的星球。

就像几乎不能移动一根线的微风可以在大帆上移动一艘巨大的帆船一样，太阳风的影响，通过其直接压力（如在帆上）或通过其与地球相互作用的磁场，可以是巨大的。

作为起源点，太阳本身就是一团炽热的气体和磁场，它们的相互作用是复杂的，有时甚至是爆炸性的。磁场集中在太阳黑子附近，并产生电磁现象，如太阳耀斑（名字说明一切）和日冕物质抛射。就像地球上的龙卷风一样，我们通常知道什么时候条件有利于这些局部爆炸，但很难进行准确的预测。

即使一旦探测到一个事件，如果向我们的方向射出大量快速、炽热和稠密的气体（而这样的“云”又难以探测到，逆着太阳的眩光向我们袭来），就会有预测其危险性的另一个复杂因素。

检测磁场

与在气象学中非常重要的大气中可检测的、有时甚至是可见的含水量不同，从太阳喷出的气体磁场，包括爆炸产生的炽热和密集的云层，几乎不可能从远处检测到。如果行星际云的磁场方向与撞击地球磁层屏障的地球自身磁场方向相反，则行星际云的影响会大大增强。在这种情况下，一个被称为“重新连接”的过程允许云的大部分能量转移到地球附近的区域，并主要在夜间积累，尽管云会撞击在面向太阳的一侧。

通过次级过程，通常涉及进一步的重新连接，这种能量会产生空间天气效应。地球的辐射带可以被极大地激发，危及宇航员甚至卫星。这些过程也可以产生明亮的极光，其美丽隐藏着危险，因为它们反过来会产生磁场。当跳动的极光使磁场发生变化时，就会产生发电机效应，但与产生我们大部分电力的发电机不同，来自极光的电场是不受控制的。

极光产生的电场很小，人类感官无法察觉。然而，在一个非常大的区域内，它们可以建立起来以施加相当大的电压。正是这种影响对我们最大的基础设施（例如电网）构成了威胁。为了预测何时会发生这种情况，我们需要从远处测量传入空间云中磁场的大小和方向。然而，那个不可见的领域是隐秘的，很难被发现，直到它接近我们。

卫星监视器

根据轨道引力定律，通过直接测量连续监测磁场的卫星必须位于距地球约 100 万英里（160 万公里）的地方，距离我们和太阳一百倍远。造成轻微太空天气影响的磁云通常需要大约三天时间才能从太阳到达地球。来自更大的太阳爆炸的真正危险的云可能只需要一天时间。由于我们的监测卫星离地球比较近，所以我们最多只能在撞击前一小时知道关键的磁场方向。现在没有太多时间来准备脆弱的基础设施，如电力和通信网络以及卫星，以最好地生存。

由于需要提供更好预警的卫星舰队甚至还没有在图纸上，所以面对太空天气，我们必须依靠运气。即将到来的太阳活动最大值——太阳表面在一个周期中处于最活跃状态，预计将在 2025 年达到顶峰——预计将是温和的，这可能是一个小小的安慰。

可能是马克吐温说过“很难做出预测，尤其是关于未来”，但在太空天气的情况下确实如此。

BY: Martin Gerard

FY: 李金洋

如有相关内容侵权，请在作品发布后联系作者删除

转载还请取得授权，并注意保持完整性和注明出处