太阳进入高活跃期 俄启动近日观测科研项目

2012年10月11日
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根据世界科学界的普遍观点,2010年是太阳活动新11周期的开始。考虑到很多地球气候变化正是由太阳活动所引起,因此其新的活动周期可能会给地球带来很大的灾难。作为世界两大航天大国,俄罗斯和美国几乎在近期加强对日地关系和空间天气的研究。
图片来源:美国航空航天局
图片来源:美国航空航天局

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俄罗斯准备实施俄罗斯科学院空间研究所(IKI)科学家制定的“奔日探测”(Intergelio zond)项目,计划于2018年发射的探测器将使科学家们对太阳进行前所未有的近距离观测。目前,该项目处于科研阶段。

背景介绍:


1.2009年9月,美国气象卫星系统GOES监测到太阳在X射线区异常活跃,同时天文学家在太阳表面发现两块明亮的区域,并伴随大量黑子出现,它们之间相互距离相当远,这说明太阳活动导致的变化已具有全球化特点。

2.地球外部两层辐射带包围。第一层从距地球表面约1600公里开始延伸至约13000公里的高度。第二层开始于距地球表面15000公里之处至24000公里的外太空。在太阳活动活跃期,辐射带会随之扩大,其最低高度距地球表面只有207公里,从而对国际空间站和地球卫星产生威胁。 


3.磁暴

目前,人类记录到的最强太阳风暴发生于1895年8月28日。当时,所有的科学仪器表盘读数都超出测量极限范围,而电报系统也因电压剧烈波动而产生故障。

如此规模的太阳风暴约每500年发生一次,但强度为其一半的太阳风暴发生频率则为每50年一次。最近一次太阳风暴发生在1960年11月13日,它导致地球发生地磁扰动,其后果之一是无线电台受到干扰。1989年发生的一次强度较弱的磁暴则引发加拿大魁北克省水电站事故,结果导致600万人失去电力供应。

俄罗斯科学院空间研究所所长列夫·捷廖内(Lev Zelyony)院士表示:“我们计划利用金星引力变轨将探测器送往距离太阳较近的地方,首先将进入约4200万公里近日点轨道。再次利用之后的引力变轨后,近日点可降至2100万公里,这样可以在较长的时间内(约七天)对太阳表面同一部位的活动金星跟踪观测。”他说:“高度可能进一步下降,但最低高度会因太阳辐射下探测器保护层气化的影响而受到限制。此时,探测器外部将形成一层‘气层’,从而影响测量纯度。”

此外,俄罗斯科学院空间研究所还联合俄罗斯地磁、电离层和无线电波传播研究所在建立太阳风监测系统,该系统可以在磁暴发生前1.5-2小时提供高精确度的预报。俄罗斯地磁、电离层和无线电波传播研究所所长弗拉基米尔·库兹涅佐夫(Vladimir Kuznecov)指出,该系统的主要组成是微小卫星“田夫鸟”。第一颗重达40公斤的卫星已于今年1月25日已从国际空间站发送至约480公里高的圆形绕地轨道中。

俄罗斯空间计划将与美国“与星球共存”(Living with a Star)相应项目相配合。美国国家航空航天局已于今年8月23日发生第一颗该项目用卫星。实施该项目旨在详细研究环绕地球的高能粒子辐射带。

作为美国在太空时代的首批发现,辐射带长期受到太阳活动和空间天气的影响。在其剧烈活动期,飞行员和宇航员在执行任务时有可能会受到处于危险水平的辐射。此外,辐射带还能对卫星和通信系统的运行造成干扰。美国航空航天局研究院利卡·古哈萨库塔(Lika Guhathakurta)表示:“我们至今不明白辐射带的活动规律,今天人们早在50年前就发现了它们并对其进行了描述。我们也无法做出任何预测,实际上这非常重要。”

从440年前测量仪器被发明开始,人类就已经知道太阳活动对地球上所发生的一切都有着巨大的影响。通过太阳辐射爆发、磁暴和耀斑等形式表现的太阳活动,其强度变化幅度非常大,弱时无法察觉,强时会形成最猛烈的“风暴”。如今,人们对电子产品的依赖如此之大,以至于高强度的太阳活动可造成全球生命支持系统遭到破坏。

由于距离地球北磁极最近,在发生强烈太阳风暴时北美大陆最为脆弱。根据MetaTech公司的研究结果,如果再次发生规模如同1895年的太阳风暴,那么整个北美电网都会出现故障,电力供应恢复至少需要数周或数月的时间。

此外,恶劣的空间天气会干扰所有轨道系统的运行。根据美国国防部提供的资料,每年维修被太阳风暴破坏的卫星的费用高达1亿美元,而各大卫星保险公司在1996年至2005年期间共支付约20亿美元的费用用于赔付太阳对航天器造成的破坏和损失。强烈的太阳风暴会导致空间导航系统出现操作故障,使得坐标测量误差超过50米,这将会使卫星无法使用。发生于2003年10月23日的太阳风暴同样使得使得“导航星”(Navstar )GPS系统精确度出现严重偏差。

作者:安德烈•基斯良科夫(Andrei Kislyakov)

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