吴耀平:自伽利略发明望远镜以来,人类对太阳黑子的观测已有400年的历史,并且由德国人施瓦布于1843年揭示了太阳活动具有准12年周期性。随着科学技术的发展,天基太阳观测能力显著提升,例如,美、欧、日于上世纪90年代发射了2颗运行于日地引力平衡点的飞船,专门用于太阳活动监测,去年又发射了高时空分辨率的太阳成像观测卫星SDO。基于对太阳活动周期性的认识,国际天文联合会规定第1个太阳活动周始于1755年。目前,我们正处于第24太阳活动周。
记者:空间天气对人类生活造成哪些威胁与危害?
查石祥:空间天气对人类生活造成的威胁与危害是多方面的。我们不妨以1989年历史上著名的“魁北克事件”为例,进行一番分析解读。该年是第22太阳活动周的黑子数高峰年,仅在3月,太阳风暴就先后产生了107次太阳X射线耀斑,以及数十次强度不等的日冕物质抛射。
“魁北克事件”广为人知的影响是造成多起电力系统故障。大磁暴造成加拿大魁北克省的大部分地区停电达9小时以上,600万居民受到影响。
大磁暴造成了多起通信故障或中断。强烈太阳耀斑引起过39次强烈短波通讯突然骚扰,其中15次通讯部分中断,24次全部中断。
大磁暴还引起了多起航天器运行故障。累计有46例卫星异常的记录。例如,美国国家气象卫星一度中断向用户发送云图,某系列导航卫星几天不能正常工作,军事系统跟踪的几千个空中目标需要重新定位。
据不完全统计,类似“魁北克事件”的灾害性空间天气事件每个太阳活动周平均会出现几起至十几起。如在第23太阳活动周的“万圣节事件”(因正值西方的万圣节而得名),造成全球短波通讯中断,民航通讯出现故障,伊拉克战场美英联军通讯受到影响,NASA的火星探测卫星Odyssey飞船上的观测设备被粒子辐射彻底毁坏,我国北京、满洲里无线电观测点短波信号也曾因此一度中断。
记者:伊拉克战争也曾受到太阳风暴的影响是否表明:空间天气对现代战争的影响并非“纸上谈兵”?
吴耀平:是的。随着现代军事高技术的发展,基于太空平台的武器系统和信息系统在军事中的应用越来越广泛。随之而来的是,空间天气对军事活动的影响范围不断扩大,影响程度也不断加深。
对航天安全产生影响:宇宙间高能带电粒子不断轰击航天器表面,可造成航天器辐射损伤,更高能的粒子可穿过电子器件,在电子信号串中改变数据位,导致仪器发出混乱指令或提供错误数据;另据估算,如果飞船在深空飞行或在磁层外进行舱外活动时,大约有十分之一的宇航员会受到致命剂量的高能带电粒子辐射。
对军用通信、预警、导航定位产生影响:当空间灾害性天气发生时,短波无线电通信和预警雷达的可用频带会因电离层突然骚扰而变窄,卫星微波通信也会因电离层闪烁而降低通信质量,甚至信号中断;GPS卫星导航、定位误差会因电离层暴而增至几十米至几百米。
对战略武器使用产生影响:太阳风暴导致高层大气密度发生剧烈扰动,导弹飞行的实际轨道将严重偏离预测轨道,以至地面跟踪站会“丢失”跟踪目标。
记者:美国作为航空航天大国,他们在空间天气研究方面有哪些经验值得我们借鉴?
查石祥:早在1994年,美国就批准实施了“国家空间天气计划”,包括政府部门、研究机构、大学、企业在内的跨部门持续协作,增强并巩固了美国在空间天气领域的领先地位。
特别引人关注的是,美国军方在空间天气研究中始终占据主导地位,关乎国家安全的空间天气探测设施和探测产品始终居于军方控制之下。例如,在太阳观测方面,美军拥有分别位于澳大利亚、意大利、马萨诸塞州、新墨西哥州和夏威夷州等地的太阳地基观测网,对太阳实施号称“日不落”式的连续观测;在电离层探测方面,美军拥有遍布美国全境和世界主要地区的电离层综合探测网;在卫星轨道空间天气探测方面,美军拥有部署于GPS等系列卫星的天基空间天气探测网。他们还在研究成果的业务转化方面给予了特别关注,比如,美国空军著名的第55中队,就是专门从事空间天气业务的专业力量。