在地球
每天面對的天氣都有所不同
時而刮風，時而下雨
時而晴，時而陰
我們早已習慣了這些天氣變化
並時刻關註著天氣預報
那麽
在地球之外的
太空環境中
也有「天氣變化」嗎？
什麽是空間天氣？
在陸地、海洋和大氣環境之外，還存在與人類生存發展息息相關的第四環境——空間環境。
瞬時發生的爆發性太陽活動通常會引起空間環境的劇烈變化，影響地面和空間技術系統的執行和可靠性，人們稱之為空間天氣（Space Weather）。
空間天氣有多種表現形式，包括電磁場、等離子體、高能粒子等多種不同尺度、不同程度的擾動，可以說是太空中的「風雨雷電」。
太陽每時每刻都在向外吹拂著等離子體，我們稱之為「太陽風」。日冕物質拋射就像是源自太陽的「颶風」，它會引起地球空間環境的劇烈擾動。
空間天氣也會產生高能粒子「雨」。太陽爆發本身就會向外釋放大量的高能粒子，並沖擊地球空間；日冕物質拋射襲擊地球時，會引起地球磁層中帶電粒子的加速，產生高能電子暴。
此外，太陽活動對地球的沖擊也會引發空間電流的擾動，引起地面磁場的跳變，還會產生極光等現象，這些都是太空中的「雷電」現象。
空間天氣如何影響人類生活？
空間天氣會影響人類在空間和地面執行的各種技術系統。人類在長期的空間活動中發現，近40%的航天器故障與空間天氣有關。
人類目前開展的航天活動，如火箭發射衛星在軌執行、通訊導航等都與地球表面30公裏以上的中高層大氣、電離層、磁層，以及跨越行星際空間直到太陽大氣的一整段空間緊密相關，太陽爆發活動、宇宙射線、太空碎片等等，都會對其產生直接影響。
01
「飛上天」需要掌握空間天氣
航天器發射以及進入軌域執行的整個過程中，都易受帶電粒子的侵擾。其中能量相對較低的粒子，會在航天器內部電路板、元器件等位置產生電荷堆積，引發靜電擊穿效應；而能量高的粒子則能直接穿透航天器，轟擊內部器件，引發器材載荷發生異常或故障，甚至使儀器制造錯誤程式碼造成指令異常。
02
更高地應對空間輻射環境
充滿高能射線的輻射環境直接影響航天安全。比如，發生在1972年8月的太陽質子事件，經月面輻射儀器測量，當時的強度已經達到危及生命的級別，國際太空站曾多次出現太空人眼底閃光事件這是高能射電穿透艙壁撞擊人眼視神經導致的。因此，監測、預報空間環境的輻射變化非常重要。
03
協助航天員找尋「出艙時機」
根據空間天氣預報結果，結合神舟飛船飛行軌域參數，可以為航天員執行出艙任務提供時間視窗預報，避免航天員因太陽質子事件、輻射異常區等因素遭受過量輻射，提升出艙任務的安全系數。
示意圖
值得註意的是，隨著人類科技的進步，空間天氣災害對人類活動的影響將越發顯著。
做好空間天氣監測預警
中國有何大國重器？
早在1992年，中國科學院國家空間科學中心就成立了空間環境預報中心，這是中國第一個專業的空間天氣預報機構。進入本世紀，中國在空間天氣和空間環境監測和研究方面的投入迅速增加。
空間環境監測主要分為地基監測和天基監測兩種方式。
在天基探測方面，針對空間天氣的源頭——太陽，中國先後發射了「羲和號」和「誇父一號」衛星，緊盯著太陽的一舉一動。
在地基監測方面，則要提到一個響亮的名字——子午工程。
作為大型空間環境地基監測系統，子午工程一期綜合運用地磁（電）、無線電、光學和探空火箭等多種手段，連續監測地球表面二三十千米到幾百千米的中高層大氣、電離層和磁層，以及十幾個地球半徑以外的行星際空間環境中的地磁場、電場、風場、密度、溫度和成分等參數，在空間天氣研究和預報等方面發揮重要作用。
左右滑動檢視
上圖是位於四川省甘孜州的圓環陣太陽射電成像望遠鏡，它由313部直徑6米的拋物面天線構成，這些天線均勻分布在直徑為1公裏的圓環上。
它是目前全球規模最大的綜合孔徑射電望遠鏡，不但能監測太陽的各種爆發活動，還能監測太陽風暴進入行星際的過程。
上圖是位於內蒙古錫林郭勒盟的行星際閃爍望遠鏡，由中國自主研制，接收面積和靈敏度處於國際領先水平。
行星際空間扮演著銜接太陽和地球的關鍵紐帶作用。行星際閃爍望遠鏡聚焦行星際空間，可以感知太陽風亂流引起的射電流量的閃爍，遙測太陽風的動態傳播過程。
上圖是位於海南省的三站式非相幹散射雷達，其主站由八千多個天線單元共同組成，是世界最先進的地基電離層探測器材之一。
吉林龍井站
內蒙古四子王旗站全景
新疆和靜站全景
上面三幅圖片展示的是北方中緯高頻雷達網，由3站6部高頻相幹散射雷達組成，首次形成對歐亞磁區中高緯度電離層的廣域高精度連續探測。
這些都是子午工程的標誌性器材。
子午工程的器材分布怎麽會如此廣泛？
事實上，空間天氣擾動是沿經緯向分布和傳播的。基於這個特點，子午工程沿東經100度和120度、北緯30度和40度，布局了31個觀測台站，建設了282台監測器材。從中高層大氣、電離層、磁層，到行星際、太陽大氣，子午工程的探測範圍涵蓋了五大空間環境圈層，能獲取多達40類的空間環境參數。
為實作對中國領土的覆蓋，以及對中、小尺度空間天氣物理過程的探測，子午工程二期應運而生。
子午工程二期增加了對空間天氣的活動源頭——太陽的監測，形成了從太陽到地球、端對端的空間環境的監測，這在國際上是第一次，也是唯一的一個空間環境的監測系統，做到了整個日地空間端對端的觀測。
子午工程II期近期已完成建設，成為國際上綜合觀測能力最強的地基空間天氣監測網絡。子午工程II期經國家驗收後將進入正式執行，對國內外科學家開放共享探測數據和研究成果。
資料參考：中國氣象局、人民日報、央視新聞、中科院之聲
圖片來源同上，非商業用途，若構成侵權，請聯系我們進行刪除
