太陽活動引發(fā)特大地磁暴，曾使數(shù)十顆衛(wèi)星脫軌，此次將有何影響？
據(jù)國家空間天氣監(jiān)測預(yù)警中心消息，北京時(shí)間4月24日凌晨2時(shí)，地球發(fā)生了一場特大地磁暴，預(yù)計(jì)將持續(xù)兩天左右。這是第25個太陽活動周期以來，地球經(jīng)歷的最強(qiáng)地磁暴。
據(jù)報(bào)道，地磁暴曾經(jīng)使馬斯克的38顆“星鏈”衛(wèi)星脫軌。而大約一周前，我國自主研發(fā)的氣象衛(wèi)星之一——風(fēng)云三號G星發(fā)射升空，正飛往工作軌道，此次地磁暴將如何影響G星？
來自太陽的“沖擊波”引發(fā)地磁暴，預(yù)計(jì)將持續(xù)兩天左右
昨天（24日）凌晨，地球發(fā)生了一次特大地磁暴，Kp指數(shù)（即全球磁場指數(shù)，其反映的是每三小時(shí)地球磁場活動的情況，數(shù)值越大對應(yīng)的地磁活動越強(qiáng)）達(dá)到了少見的“8”。
北京時(shí)間4月24日凌晨2時(shí)，太陽引發(fā)了特大地磁暴，圖為24日地磁活動水平與往日數(shù)據(jù)的對比。國家空間天氣監(jiān)測預(yù)警中心供圖
據(jù)中國科學(xué)院空間環(huán)境研究預(yù)報(bào)中心介紹，在北京時(shí)間2023年4月22日凌晨兩點(diǎn)，太陽和日球?qū)佑^測臺（SOHO衛(wèi)星）監(jiān)測到一次伴隨M1.7級太陽耀斑的全暈日冕物質(zhì)拋射（簡稱“CME”），CME正是產(chǎn)生這次地磁暴的直接原因。此次CME來自于太陽活動區(qū)AR3283的耀斑和暗條聯(lián)合爆發(fā)。
也就是說，此次地磁暴由太陽產(chǎn)生的“沖擊波”引發(fā)。據(jù)介紹，此次地磁暴過程是由日冕物質(zhì)拋射作用產(chǎn)生的，是典型的太陽爆發(fā)。當(dāng)這些攜帶太陽能量的物質(zhì)以數(shù)百千米每秒的高速飛離太陽表面時(shí)，就會形成類似爆炸沖擊波的效果，快速傳遞到太陽系的各處。在它的作用下，地球磁場發(fā)生了方向以及大小的明顯變化，地磁暴就隨之發(fā)生了。
中國科學(xué)院空間環(huán)境研究預(yù)報(bào)中心在24日下午3時(shí)發(fā)布消息稱，此次地磁暴事件仍將持續(xù)1天左右。
中國科學(xué)院空間環(huán)境研究預(yù)報(bào)中心制作的CME到達(dá)地球的模擬示意圖。中國科學(xué)院空間環(huán)境研究預(yù)報(bào)中心供圖
地磁暴威脅航天器運(yùn)行，馬斯克曾有38顆“星鏈”衛(wèi)星脫軌
地磁暴對地面通信和航天器運(yùn)行威脅很大。
在2022年2月，由馬斯克創(chuàng)辦的美國太空探索技術(shù)公司（SpaceX），將49顆星鏈衛(wèi)星發(fā)射升空。由于受到地磁暴影響，其中38顆“星鏈”衛(wèi)星無法進(jìn)入軌道。而當(dāng)時(shí)的地磁暴強(qiáng)度只是最小級別。
為何地磁暴會對航天器造成如此大的影響？
中國氣象局國家空間天氣監(jiān)測預(yù)警中心首席預(yù)報(bào)員薛炳森表示，軌道高度在300公里以下的衛(wèi)星受地磁暴影響是非常大的，而SpaceX的星鏈當(dāng)時(shí)的軌道正好處于這一高度范圍內(nèi)。
薛炳森解釋，2022年那場地磁暴發(fā)生后，給地球兩極地區(qū)注入了巨大能量，隨后能量傳遞到高層大氣中，造成大氣被加熱，并向低緯擴(kuò)散。低層大氣受熱膨脹后，導(dǎo)致衛(wèi)星軌道上的大氣密度增加，使得衛(wèi)星所受阻力增大。然而，由于沒有準(zhǔn)確預(yù)估衛(wèi)星受地磁暴影響的嚴(yán)重程度，無法做出調(diào)整，所以才導(dǎo)致衛(wèi)星無法進(jìn)入預(yù)定軌道。經(jīng)過對比可以發(fā)現(xiàn)，一年多以前的那場地磁暴和最近的地磁暴相比只能算“小巫見大巫”。
風(fēng)云三號E星空間極紫外望遠(yuǎn)鏡觀測到的太陽影像。國家空間天氣監(jiān)測預(yù)警中心供圖
新近發(fā)射升空的G星將降低數(shù)百米，已有應(yīng)對地磁暴之法
大約一周前，氣象衛(wèi)星之一——風(fēng)云三號G星發(fā)射升空，正飛往目的地，而此次特大地磁暴將會造成衛(wèi)星偏離正常軌道，降低數(shù)百米的高度。“這次地磁暴強(qiáng)度很大，算得上是十多年一遇。”薛炳森說。
他介紹，衛(wèi)星對這次地磁暴早有準(zhǔn)備，在發(fā)射G星之前，國家空間天氣監(jiān)測預(yù)警中心就為G星研究出了一套新的衛(wèi)星軌道預(yù)報(bào)方法，已經(jīng)將地磁暴作為影響軌道的變量考慮在內(nèi)。
“如果沒有考慮到地磁暴對衛(wèi)星的影響，那么對衛(wèi)星軌道位置的計(jì)算就會有偏差，基于計(jì)算出的錯誤位置，就找不到衛(wèi)星了。”薛炳森告訴記者，“我們對這次特大地磁暴進(jìn)行了充分的預(yù)報(bào)，并把相應(yīng)信息提供給了衛(wèi)星控制單位，以便及時(shí)調(diào)整工作參數(shù)。”
在薛炳森看來，這場劇烈的空間天氣，可以看作是對新預(yù)報(bào)方法的試驗(yàn)。他介紹：“以往的軌道預(yù)報(bào)是定性預(yù)報(bào)，只能說衛(wèi)星比正常位置高了或者低了。這套預(yù)報(bào)方法則真正實(shí)現(xiàn)了對衛(wèi)星位置的定量預(yù)報(bào)，而且對所有近地軌道衛(wèi)星都適用，我們正考慮把這套方法推廣出去。”
在今年的三四月份，地球也出現(xiàn)了地磁暴，在其影響下，國家空間天氣監(jiān)測預(yù)警中心對衛(wèi)星位置做出了準(zhǔn)確預(yù)報(bào)。同時(shí)，預(yù)警中心也對此次地磁暴進(jìn)行了及時(shí)的預(yù)報(bào)、監(jiān)測，還沒有到達(dá)業(yè)務(wù)運(yùn)行所需軌道的G星，在軌道降低后將調(diào)整路徑，繼續(xù)前往目的地，以履行其在太空中的任務(wù)。
風(fēng)云三號G星太陽能板展開示意圖。中國氣象局供圖
強(qiáng)太陽活動將越來越頻繁，如何科學(xué)應(yīng)對地磁暴？
地磁暴由太陽活動引發(fā)。太陽活動具有11年左右的周期，從2019年12月份開始，太陽進(jìn)入了第25個太陽活動周期。薛炳森表示，太陽將進(jìn)入本活動周期的峰年，強(qiáng)太陽活動總體上會越來越頻繁。
最近一年多以來，太陽活動明顯增強(qiáng)，強(qiáng)爆發(fā)事件時(shí)有發(fā)生，國家空間天氣監(jiān)測預(yù)警中心對太陽活動和空間天氣進(jìn)行了密切監(jiān)測并發(fā)布預(yù)報(bào)，為相關(guān)部門提供服務(wù)和決策依據(jù)。
地磁暴威力如此大，應(yīng)該如何規(guī)避和減小它帶來的威脅？薛炳森表示，規(guī)避地磁暴威脅最有效的手段就是“準(zhǔn)確預(yù)報(bào)有可能發(fā)生的地磁暴”。
我國對空間天氣事件非常重視。國家空間天氣監(jiān)測中心在地面布設(shè)了多臺望遠(yuǎn)鏡，在風(fēng)云衛(wèi)星上也有對紫外波段的成像觀測設(shè)備以及對軟X射線的流量、多能段的太陽高能粒子流量的監(jiān)測，為空間天氣預(yù)報(bào)提供了重要支撐。
預(yù)報(bào)地磁暴、預(yù)報(bào)衛(wèi)星的軌道都是空間天氣預(yù)報(bào)人員的工作內(nèi)容。“此次事件對空間天氣預(yù)報(bào)人員來說是一次很好的實(shí)戰(zhàn)演練，我們有信心去應(yīng)對未來的太陽爆發(fā)事件。”薛炳森說。
在北京時(shí)間24日20時(shí)，當(dāng)G星經(jīng)過衛(wèi)星地面站時(shí)，基于最新的軌道預(yù)報(bào)結(jié)果，國家空間天氣監(jiān)測中心再次準(zhǔn)確捕捉到了它的位置，顯示其運(yùn)行情況正常。
新京報(bào)記者 王景曦
編輯 陳靜 校對 劉越