客观日本

精确预报“宇宙天气”,预测太阳耀斑回避风险

2022年05月23日 海洋宇宙

随着人造卫星的用途日益增加和太空旅行的全面启动,捕捉太阳表面大规模爆炸出现“太阳耀斑”风险的“宇宙天气预报”的重要性与日俱增。日本总务省的研讨会最近首次在国内预测了太阳耀斑导致的灾害。明确太阳耀斑相关灾害和提高预报精度的举措正在国内外积极推进,到2050年前后,宇宙天气预报可能会像现在的天气预报一样成为人们熟悉的社会基本信息。

手机打不通、各地发生大面积停电、全球定位系统(GPS等)也会出现很大的误差。总务省的报告草案中基于百年一遇的太阳耀斑持续两周的“最坏情况”,描述了受灾状况的预想。

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太阳耀斑可能对地球产生严重不利影响的示意图(供图:美国宇航局(NASA))

太阳耀斑会产生强烈的X射线、紫外线和粒子束等,能够影响人造卫星,进而影响飞机和地面电网等。2017年9月时隔11年发生的大规模耀斑,在日本也引起了话题。

虽然当时没有造成重大灾害,但灾害发生的风险始终存在。2022年2月,受太阳耀斑引起的磁暴影响,美国企业家埃隆·马斯克(Elon Musk)领导的Space X公司发射的49颗“星链”通信卫星中有40颗发射后无法使用。这让人们重新认识到利用太空时考虑太阳耀斑等“宇宙天气”的重要性。

最近日本国内外纷纷开始强化宇宙天气预报。欧洲航天局(ESA)2022年4月开设了监测和应对宇宙天气的新基地“空间安全中心”。中国和俄罗斯也于2021年11月以同样的目的共同设立了“中俄联合体全球宇宙天气中心”。

日本负责提供宇宙天气预报信息的是总务省下属的信息通信研究机构(NICT)。目前通过邮件和网站提供信息。内容类似于“预计未来一天太阳活动将继续保持微活跃状态”等。为强化宇宙天气预测,总务省的报告草案中还提出了新设“宇宙天气预报运营中心”的方针。

大学的研究也取得了进展。名古屋大学等的研究团队2020年开发出了能高精度预测耀斑发生位置和规模的模型,并在美国科学期刊《Science》上发表了论文。2021年9月京都大学的研究团队量化了耀斑对飞机乘客的影响和相关对策的经济费用,并在英国科学期刊《Scientific Reports》上发表了论文。

研究宇宙天气和提高预报精度不仅可应用于人造卫星,从载人航天活动的角度来看也非常重要。2021年接连实施了平民太空旅行,与地面相比,暴露于耀斑辐射的风险会不可避免地增加。京都大学载人宇宙学研究中心的山敷庸亮主任指出:“今后,量化太阳辐射的风险和研究避免措施对推进太空活动将变得更加重要。”

还将成为月球和火星探测的关键

太阳耀斑观测与宇宙天气预报的历史和未来展望
1859年 英国天文学家理查德·卡林顿观测到大规模耀斑
1989年 受耀斑影响,加拿大魁北克省发生大规模停电
2000年 日本的人造卫星“飞鸟”受耀斑影响失灵
2003年 瑞典受耀斑影响发生停电等
2017年 时隔11年发生大规模太阳耀斑,但无受灾报告
2022年 Space X的40颗通信卫星受耀斑影响失灵
2030年前后 设置“宇宙天气预报员”
2040~2050年前后 包括月球和火星在内的高精度宇宙天气预报实现,成为支撑日常生活的基础设施

太阳耀斑首次被观测到是在1859年,是英国天文学家理查德·卡林顿观测到的,这是有记录以来的最大规模的爆发。关于地球上实际受到的影响,最著名的是1989年加拿大魁北克省发生的大规模停电,2003年瑞典也发生了1小时左右的停电,当时影响了约5万人的生活。

太阳耀斑对策不仅是地球上的生活和离地球相对比较近的“近地轨道”的活动,对推进更遥远的太空探测计划也很重要。

在美国之前推进载人月球探测计划“阿波罗计划”的1972年8月也发生了大规模耀斑。正好是阿波罗16号返回地球后,阿波罗17号发射升空前的时期,所幸宇航员还在地球上,全部安全无事。如果当时在月球上,可能会受到极强的辐射影响。

自阿波罗计划以来,美国时隔50年再次开始推进载人月球探测计划“阿尔忒弥斯计划”。目标是重新登陆月球,持续进行开发,此外还计划2030年代以后实施史无前例的载人火星探测。多数观点认为,实现该计划的“最大障碍是克服辐射的影响”(京都大学山敷主任)。随着空间利用迎来新时代,针对太阳的影响采取对策已成为无法回避的课题。

日文:松添亮甫、《日经产业新闻》,2022/5/13
中文:JST客观日本编辑部