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太空天气如何影响地球——以及试图保护我们的团队

英国气象局拥有一支全球少有的太空天气预报团队,全年24小时监测太阳活动,以保护GPS、电网和卫星等关键基础设施。目前该局与阿伯里斯特威斯大学合作改进预报能力。太阳活动周期已达峰值,2024年极光频现,但得益于预警系统,影响甚微。科学家警告,若现代重演1859年卡灵顿事件,后果将远超当年。

来源:BBC Science

理查德身着深蓝色衬衫,领口敞开。他看向镜头,身后多个屏幕显示着太阳图像

理查德·斯通的预报团队全年全天候24小时运作

作者:萨布丽娜·李(BBC新闻天气主持人)与加雷斯·布莱尔(BBC威尔士)

  • 在气象局总部,控制中心一角的屏幕正聚焦于太阳的特写影像。

正是在这里,一支太空天气预报团队——全球仅有的少数几支之一——全年365天、每天24小时运作。

太空天气有可能从根本上影响我们在地球上的生活。GPS、电网和卫星是易受地球磁场变化影响的一些关键技术。

因此,气象局已求助于阿伯里斯特威斯大学的研究人员,以帮助他们提升太空天气预报能力。

办公室里的八块LED屏幕,每块屏幕以不同颜色的圆圈为主,颜色从黄色到紫色不等

气象局控制室中监测太阳表面活动

太空天气主要由太阳活动驱动。例如太阳耀斑,即强烈的辐射爆发。

英国政府已将严重太空天气列入其国家风险登记册。

劳合社2025年的一项估算发现,一次严重太空天气事件可能在五年期间给世界经济造成2.4万亿美元的损失。

自2014年以来,气象局一直与关键基础设施运营商合作,通过使用地球设备和太空卫星生成预报,努力保护我们免受这些影响。

太空预报团队的理查德·斯通表示,这使他们能够“诊断太阳表面正在发生的任何情况,提供预报并提醒相关用户采取缓解措施”。

太阳表面的一次太阳耀斑 太阳表面的一次太阳耀斑

斯通表示,现有技术令人印象深刻,但仍处于早期阶段。

“自2014年以来我们取得了长足进步,但观测仍然有限,”他说。

尽管能在大约三天前发现太阳表面的活动事件,但在其到达约一百万英里外的卫星之前,没有任何更多观测机会。

这给了科学家大约一小时的时间来更精确地预测其对地球的实际影响,并在需要时警告合作伙伴采取避免干扰所需的缓解措施。

“这就像看到美国东海岸的一场风暴,然后直到它到达爱尔兰之前都没有任何观测数据,”斯通说。

该机构已求助于由阿伯里斯特威斯大学牵头的一组研究人员,以提升其预报能力。

该项目由阿伯里斯特威斯大学太空物理系主任胡·摩根教授领导,与诺森比亚大学、杜伦大学和雷丁大学合作。

胡·摩根教授站在一个大型实验室中,身后有许多设备。他带着一丝苦笑看向镜头。他留着胡须和短发,身穿一件锈橙色毛衣。

阿伯里斯特威斯大学的胡·摩根教授

“这种预先警告是对太空天气所构成危险的巨大缓解,”摩根说。

“例如,它让国家电网有机会做好准备避免停电,或者航空公司可以将航班从高纬度改道至更安全的低纬度。

“与地球上普通天气预报相比,太空天气预报确实是一个相当发展中的领域。我的意思是,它尚未成熟到能够给出精确预报的程度。”

一张从太空拍摄的地球曲线图像。天空呈深红色,地球部分处于光照中,而大部分显然处于黑暗中,可以看到一些闪光。 北极光,也称为“极光”,可能是最广为人知的太空天气例子

科学家已经能够预测哪些年份太空天气事件最频繁,因为太阳遵循大约11年的活动周期。

“我们会经历一些非常平静的年份,太空天气很少,然后在周期峰值时,我们可能会有大量太空天气事件,有时一天好几次,”摩根说。

太阳在2024年达到了其活动周期的峰值,即所谓的“太阳极大期”,这也是为什么更多人看到了北极光——另一个太空天气的例子。

但向地球上的科技公司和基础设施运营商提供的预报预警意味着,尽管太阳活动增强,人们几乎没有感受到影响。

“电线嗡嗡作响并发出噼啪声”

1859年的一场地磁暴,即所谓的“卡灵顿事件”,通常被视为地球上最坏情况的标准。

该事件以英国天文学家理查德·卡灵顿命名,其影响广泛,全球大部分地区的天空出现了极光,并导致当时刚于1840年代投入商业运营的电报网络中断。

斯通说,在卡灵顿事件期间,“甚至电报线都被听到嗡嗡作响和发出噼啪声,而且他们无需电力就能运行电报线路,因为输入电压太高了”。

现在的担忧是,如果没有缓解措施,现代版的卡灵顿事件将因我们日益依赖技术而产生严重得多的后果。

一张官方头像照风格的照片,海伦·沙曼身穿太空服但未戴头盔。她有一头齐肩深色长发和齐刘海。背景中依稀可见英国国旗的一部分。 海伦·沙曼博士于1989年在电视直播中被选为第一位英国宇航员

太空天气的影响不仅限于地球上的人们。

1991年,海伦·沙曼成为第一位前往太空的英国人,执行了为期八天的和平号空间站任务。

她接受了指导,知道如果太空天气袭击空间站该在哪里躲避。

沙曼博士说,在执行任务期间,她受到了太阳系外辐射(称为银河宇宙射线)的影响。

“它们穿过航天器制造所用的材料,”沙曼说。

“它们穿过宇航员的皮肤,我们作为宇航员会注意到它们,因为我们经常会在视网膜上看到微小的亮光闪烁,当那些粒子穿过航天器、穿过我们的皮肤、穿过我们的眼睛,并以那种方式影响我们的视觉。

“而且你所在的位置越高,当然,离地球磁场越远,你越不可能受到地球磁场的保护。

“所以在近地轨道上,我们大体上是相当受保护的。这就是为什么当宇航员前往月球,或者未来可能前往火星时,我们真的需要考虑如何更好地保护他们免受辐射。”

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