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百米卷轴记录20余年太阳活动,日复一日观测太空「风雨」

2024-02-12科学

「过去24小时,太阳活动水平高……」大年初一早上8点,中国科学院国家空间科学中心空间环境预报中心准时发出了当日的空间环境预报。分析最新空间环境观测数据、观察太阳黑子活动情况、预测未来3天空间环境趋势……为了做好这次预报,预报员苗娟早早到岗,已经忙碌了一个多小时。这已是她在岗度过的第18个春节。

看似平静而深邃的太空环境,也会因太阳风、高能粒子雨等影响而出现「天气变化」。「要预报空间天气,就必须关注太阳脸上的‘青春痘’,也就是太阳黑子的动态。」苗娟指向一张卫星拍摄的太阳实时观测图像,上面大大小小的黑色斑点清晰可见。它们具有比地球磁场高出约1万倍的强磁场,如果其中约束着的物质和能量挣脱磁场束缚,便会引发太阳风暴。

太阳风暴产生的电磁辐射会干扰地面的无线电短波通信,高能带电粒子的「暴雨」可能影响在轨航天器运行;日冕抛射出的快速等离子体云则会在1至4天内抵达,引发地磁暴,极光便是大量等离子体注入极区电离层形成的空间天气现象。12年前的壬辰龙年春节,太阳就爆发了M8.7级耀斑并带来一场强质子事件,苗娟回忆,那年春节期间,团队共发布了11次预报、2次通报、5次警报。

观测太空「风雨」的空间环境预报中心成立于1992年,它同时也是国际空间环境服务组织中国区域警报中心的业务运行机构。今年1月,中国区域警报中心已正式迁移至位于怀柔科学城的空间中心国际子午圈计划总部大楼,为全球共同应对空间天气灾害,构建人类命运共同体做出中国贡献。

正处在第25个活动周峰年的太阳很「调皮」,日面的黑子活跃区域此消彼长。在空间站「出差」的航天员乘组、在轨运行的卫星等航天器、地面上的各类通讯设施……为了及时向用户提供空间天气预报信息,近一段时间,苗娟和同事们都十分忙碌。「虽然太阳黑子面积越大,未来爆发的可能性也越大,但‘傻大个’的例子也不少见,这就要依靠我们预报员的经验,在分析观测数据的基础上给出趋势判断。」

工作间隙,苗娟展开了一个纸质卷轴,将最新的太阳黑子状态仔细地标注在坐标纸上。「这也是我们每天必做的工作,黑子的位置用其所在经度表示,绘制的面积越大则说明它越活跃。比如这片黑子面积这两周由小变大再变小,活动状况就很直观了。」苗娟介绍,这是一项从1998年延续至今的工作,记录数据的卷轴总长度已有近百米。

现在,一套空间天气模式的计算系统也已经搭建起来。借助我国重大科技基础设施「子午工程」、「夸父一号」等天地基监测数据,中心可利用的自主数据越来越多。「目前来看,春节期间太阳会比较‘乖’,但突发性的空间天气事件依然可能发生。我们空间天气预报团队会轮流值守,在事件发生时及时响应。」苗娟说。