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衛(wèi)星觀測(cè)太空天氣

從1995年起，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）和歐洲空間局（ESA）合作的太陽(yáng)和太陽(yáng)風(fēng)層探測(cè)器（SOHO）太空船接近即時(shí)太陽(yáng)資料成為對(duì)太空天氣預(yù)測(cè)的主要來源。在1998年，NASA的高新化學(xué)組成探測(cè)器（ACE）加入，它攜帶了可以連續(xù)傳輸有關(guān)原來位置的太空天氣信標(biāo)。SOHO和ACE都位于L 1 拉格朗日點(diǎn)，距離地球1%天文單位的地球上游位置，它測(cè)量到的太陽(yáng)風(fēng)和電將大約在1小時(shí)后就會(huì)抵達(dá)地球。NASA和ESA最新發(fā)射的日地關(guān)系天文臺(tái)（STEREO）增加了一個(gè)額外的太空天氣資料流程，以立體的影像涵蓋了地球與太陽(yáng)之間的空間。兩艘STEREO太空船，一艘超越在地球的前方，另一艘尾隨在地球的后方，每年漂移遠(yuǎn)離地球約22度。

模型的嘗試

自1990年代以來，從太陽(yáng)到地球以及周遭太空環(huán)境的主要模型，就使用三度空間的磁流體動(dòng)力學(xué)架構(gòu)模擬。在美國(guó)，兩個(gè)主要的中心是密歇根太空環(huán)境模擬中心(CSEM) 和綜合太空天氣中心(CISM) 。

太空天氣事件的例子

1859年9月2日，電報(bào)服務(wù)中斷。

最著名的空間氣象事件例子是發(fā)生在1989年3月13日魁北克水力的電力網(wǎng)絡(luò)因?yàn)榈厍蚋袘?yīng)電流瓦解的事件。這個(gè)事件開始于一個(gè)變壓器出現(xiàn)故障，然后導(dǎo)致大規(guī)模普遍的斷電，至少持續(xù)了9小時(shí)，并有600萬人受到影響。造成這個(gè)磁暴發(fā)生的事件是1989年3月9日的日冕物質(zhì)拋射，太陽(yáng)拋出了一些物質(zhì) 。

1994年1月20日的磁暴撞擊了兩顆加拿大的通信衛(wèi)星Anik E1和E2，還有一顆國(guó)際通信衛(wèi)星Intelsat K，使通訊暫時(shí)性的中斷。

1997年1月7日的日冕物質(zhì)拋射轟擊了地球的磁層，使AT&T損失了一顆通信衛(wèi)星Telstar 401(價(jià)值$2億美金) 。

飛越極區(qū)的航線對(duì)太空天氣別敏感，部分是因?yàn)槁?lián)邦航空條例要求在飛行的全程都需要可靠的通信 。估計(jì)每次偏離極區(qū)的飛行都要多耗費(fèi)$100,000美金的費(fèi)用，有9家航空公司經(jīng)營(yíng)飛越極區(qū)的航線 ，即使有一些衛(wèi)星的訊號(hào)受到干擾，接收機(jī)自主完好監(jiān)測(cè)技術(shù)可以協(xié)助飛機(jī)仍然能接收到GPS的訊號(hào)。

在載人太空任務(wù)期間沒有發(fā)生較大的太陽(yáng)高能粒子事件。雖然，類似的大事件發(fā)生在阿波羅16號(hào)和阿波羅17號(hào)登月任務(wù)中間的1972年8月7日。高能量的粒子有可能轟擊到?jīng)]有地球磁場(chǎng)保護(hù)的太空人，若這些事件發(fā)生在這些任務(wù)進(jìn)行的期間，有可能造成死亡或至少會(huì)危及太空人的生命 。2002年4月12日，一次太陽(yáng)高能粒子事件沖擊到火星探測(cè)器Nozomi，導(dǎo)致大規(guī)模的失敗。這個(gè)計(jì)劃原本就已經(jīng)比程序表落后了3年，最后終于在2003年12月被放棄 。

在地球表面的太空天氣

所知空間氣象和地面層最重大的影響是 地磁感應(yīng)電流 （ 英語 ： Geomagnetically induced current ） (geomagnetically induced current，GIC)。這些可以造成電流在電網(wǎng)、管線和其他傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)中流動(dòng)并且產(chǎn)生損害。在地面上快速的磁場(chǎng)變化 － 在發(fā)生磁暴的過程和太空天氣的結(jié)合 － 也可以是重要的活動(dòng)，像是地球物理映射和碳?xì)浠衔锏漠a(chǎn)生。

地球物理的探勘

飛機(jī)和船舶承擔(dān)的地磁測(cè)量在磁暴期間可以快速的受到磁場(chǎng)改變影響。磁暴可能導(dǎo)致資料解釋上的問題，因?yàn)樵谡{(diào)查地區(qū)下的地殼磁場(chǎng)也會(huì)受到太空天氣影響產(chǎn)生相似的變化。一個(gè)實(shí)用的測(cè)量設(shè)備能夠準(zhǔn)確的提出磁暴警告，包括嚴(yán)重程度的評(píng)估和磁暴持續(xù)的時(shí)間。

地球物理學(xué)和碳?xì)浠衔锏纳?

由于經(jīng)濟(jì)和其它的原因，石油和天然氣的生產(chǎn)往往涉及定向鉆井，井的路徑從一個(gè)單一的井口在水平和垂直方向上都延伸好幾公里。由于附近還有其它的鉆孔，也由于目標(biāo)的大小－儲(chǔ)藏層可能只有數(shù)十到數(shù)百米寬－和安全上的理由，在精度上的要求很嚴(yán)格。使用陀螺儀的測(cè)量方法是最精確也是最昂貴的，因?yàn)樗赡苄枰Ｖ广@井?dāng)?shù)小時(shí)。一個(gè)替代的方法是使用磁性的測(cè)量，它可以進(jìn)行鉆井中測(cè)量。幾近即時(shí)的磁性資料可以用來更正鉆井的方向，并且鄰近的磁場(chǎng)觀測(cè)臺(tái)是不可或缺的(Clark and Clarke, 2001; Reay et al., 2006)。磁性資料和風(fēng)暴預(yù)測(cè)還有助于在持續(xù)的基礎(chǔ)上弄清楚未知來源的操作錯(cuò)誤。

延伸讀物

Clark, T. D. G. and E. Clarke, 2001. Space weather services for the offshore drilling industry. In Space Weather Workshop: Looking Towards a Future European Space Weather Programme. ESTEC, ESA WPP-194.

Carlowicz, M. J., and R. E. Lopez, 2002, "Storms from the Sun", Joseph Henry Press, Washington DC.

Reay, S. J., W. Allen, O. Baillie, J. Bowe, E. Clarke, V. Lesur, S. Macmillan, 2005. Space weather mom on drilling accuracy in the North Sea. Annales Geophysicae, Vol. 23, pp 3081–3088.

Odenwald, S. 2006, "The 23rd Cycle;Learning to live with a stormy star", Columbia University Press, (http://www.astronomycafe.net/weather.html)

Bothmer, V.; Daglis, I., 2006, "Space Weather: Physics and Effects," Springer-Verlag New York.

Gombosi, Tamas I., Houghton, John T., and Dessler, Alexander J., (Editors), 2006, "Physics of the Space Environment," Cambridge University Press.

Daglis, I. A. (Editor), 2001, "Space Storms and Space Weather Hazards," Springer-Verlag New York.

Song, P., Singer, H., and Siscoe, G., (Editors), 2001, Am. Geophys. Union, Washington, D.C.

外部鏈接

British Geological Survey"s Geomagnetism Applications and Services site

Finnish Meteorological Institute"s ground effects site

Australian Space Weather Agency"s site about effects on aeromagnetic surveys

相關(guān)條目

大氣物理學(xué)

等離子物理學(xué)

太空探索

氣象學(xué)

書目提要

Rainer Schwenn, Space Weather ,Living Reviews in Solar Physics 3 , (2006), 2,online article.

Jean Lilensten and Jean Bornarel, Space Weather, Environment and Societies , Springer, ISBN 9781402043314.

Mark Moldwin: An introduction to space weather. Cambridge Univ. Press, Cambridge 2008, ISBN 978-0-521-86149-6.

Ioannis A. Daglis: Effects of Space Weather on Technology Infrastructure. Springer, Dordrecht 2005, ISBN 1-402-02748-6.

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