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百米卷軸記錄20余年太陽活動,日復一日觀測太空「風雨」

2024-02-12科學

「過去24小時,太陽活動水平高……」大年初一早上8點,中國科學院國家空間科學中心空間環境預報中心準時發出了當日的空間環境預報。分析最新空間環境觀測數據、觀察太陽黑子活動情況、預測未來3天空間環境趨勢……為了做好這次預報,預報員苗娟早早到崗,已經忙碌了一個多小時。這已是她在崗度過的第18個春節。

看似平靜而深邃的太空環境,也會因太陽風、高能粒子雨等影響而出現「天氣變化」。「要預報空間天氣,就必須關註太陽臉上的‘青春痘’,也就是太陽黑子的動態。」苗娟指向一張衛星拍攝的太陽即時觀測影像,上面大大小小的黑色斑點清晰可見。它們具有比地球磁場高出約1萬倍的強磁場,如果其中約束著的物質和能量掙脫磁場束縛,便會引發太陽風暴。

太陽風暴產生的電磁輻射會幹擾地面的無線電短波通訊,高能帶電粒子的「暴雨」可能影響在軌航天器執行;日冕拋射出的快速等離子體雲則會在1至4天內抵達,引發地磁暴,極光便是大量等離子體註入極區電離層形成的空間天氣現象。12年前的壬辰龍年春節,太陽就爆發了M8.7級耀斑並帶來一場強質子事件,苗娟回憶,那年春節期間,團隊共釋出了11次預報、2次通報、5次警報。

觀測太空「風雨」的空間環境預報中心成立於1992年,它同時也是國際空間環境服務組織中國區域警報中心的業務執行機構。今年1月,中國區域警報中心已正式遷移至位於懷柔科學城的空間中心國際子午圈計劃總部大樓,為全球共同應對空間天氣災害,構建人類命運共同體做出中國貢獻。

正處在第25個活動周峰年的太陽很「調皮」,日面的黑子活躍區域此消彼長。在空間站「出差」的航天員乘組、在軌執行的衛星等航天器、地面上的各類通訊設施……為了及時向使用者提供空間天氣預報資訊,近一段時間,苗娟和同事們都十分忙碌。「雖然太陽黑子面積越大,未來爆發的可能性也越大,但‘傻大個’的例子也不少見,這就要依靠我們預報員的經驗,在分析觀測數據的基礎上給出趨勢判斷。」

工作間隙,苗娟展開了一個紙質卷軸,將最新的太陽黑子狀態仔細地標註在座標紙上。「這也是我們每天必做的工作,黑子的位置用其所在經度表示,繪制的面積越大則說明它越活躍。比如這片黑子面積這兩周由小變大再變小,活動狀況就很直觀了。」苗娟介紹,這是一項從1998年延續至今的工作,記錄數據的卷軸總長度已有近百米。

現在,一套空間天氣模式的計算系統也已經搭建起來。借助中國重大科技基礎設施「子午工程」、「誇父一號」等天地基監測數據,中心可利用的自主數據越來越多。「目前來看,春節期間太陽會比較‘乖’,但突發性的空間天氣事件依然可能發生。我們空間天氣預報團隊會輪流值守,在事件發生時及時響應。」苗娟說。