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空间天气对我们来说意味着什么?

已有 1647 次阅读 2019-9-19 11:37 |个人分类:浮空器|系统分类:科普集锦| 空间天气, 高空气球

在太空中,来自太阳和其他深空来源的粒子基本是看不见的,这些粒子的行为受动态电场和磁场的影响,因此它们一直在快速移动、四处飞舞。这些粒子太少了,以至于太空被认为是真空。

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,但这样所谓真空环境中的物质却充满了冲击力。我们把所有这些看不见的活动统称为太空天气,它影响着我们在太空和地球上的技术。


本月,两个新的太空任务(E-TBEx 和 SET)正在进行,即探索太空中两种不同的天气。
对信号的干扰

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我们在地球上使用的许多通信和导航系统都需要依靠卫星来传输信号,如GPS和无线电等。当信号从卫星发送到地球时,它们就会穿过地球大气层上缘的动态区域,我们将这块区域称为电离层。


电离层中的气体被太阳辐射加热成一个由正电荷和负电荷粒子所组成的海洋。这些带电粒子也与中性气体混合在一起,其中也包括我们所呼吸的空气。带电粒子对电场和磁场将会产生反应,这意味着它们对太空天气也会产生影响。同时,地球表面常规的的天气也会影响这部分气层。

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受这种复杂因素的影响,带电气体的结构化气泡有时会在大气的这一区域形成,特别是在赤道附近更加容易产生。当电磁信号通过这些气泡时,它们可能会失真,导致通信失败或GPS修复不准确。
目前,我们的技术很难预测这些气泡会在什么时候形成,或者弄清楚它们是如何扰乱信号的。而上文所述E-TBEx任务的两颗小型卫星将试图揭示这个问题的答案。

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当这些标准立方体形状的卫星绕地球飞行时,它们会向地面接收站发送无线电信号。科学家们将对接收到的信号进行检查,以确定它们在穿越高层大气并降落到地球时是否受到过这种干扰。一旦确认信号收到了干扰,那么他们将会探究信号所受到的干扰程度。
总而言之,这些信息将使科学家更好地了解这些气泡是如何形成和变化的,以及它们破坏了多少信号中携带的内容。另外,这些信息将有助于制定响应的策略,以减轻这些气泡带来的影响。
对卫星的损害
在外太空空间中充满了高能、快速运动的粒子,我们将其称为辐射。从散布在整个太阳系的科学卫星,到我们每天都会使用的GPS通信卫星,每一个航天器都必须经受住严峻的太空辐射。

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来自微小带电粒子的冲击可能会对航天器造成内存损坏或计算机干扰等问题,并且随着时间的推移会大大影响系统的硬件性能。这种损坏影响范围很广,而且辐射最终会影响到重要的科学数据,甚至会阻碍人们获得所需的导航信号。
空间环境测试(简称SET)是一项重要任务,其宗旨在于研究如何更好地保护卫星免受太空辐射的影响。

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SET任务的研究对象是将某块被称为狭缝区域的近地空间。该区域位于两个巨大的地球环形辐射带之间,而这个间隙也被称为范艾伦带(Van Allen Belts)。我们认为狭缝区域要比范艾伦带更加稳定,但是在太阳活动所导致的极端太空天气风暴过程中,这个区域也会发生变化。它究竟有什么样的变化,以及它变化多快,我们仍然无法确认。
狭缝区域对于卫星来说是一个很有吸引力的地方,特别是针对我们每天使用的商业导航和通信卫星。由于处在大约12,000英里以上的地方,它不仅提供了相对友好的辐射环境,而且还提供了广阔的地球表面观测视野。然而,在强烈的磁暴肆虐期间,来自范艾伦带以外的高能粒子将会涌入狭缝区域,造成不可估计的后果。

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SET任务将对这个狭缝区域进行调查,针对这块近地空间首次提供一些连续日期的天气测量数据。这次任务还研究了辐射是如何损坏电子仪器的,并给出了这一过程的某些细节。同时,试验中测试了保护仪器的各种方法,帮助工程师制造出更适合太空飞行的部件。最终,SET将帮助其他任务改进其设计、制造和操作过程,以避免未来可能出现的问题,使我们的空间技术尽可能平稳地发展和运行。
 除此之外,NASA近期准备发放的bITSE高空气球载日冕仪也将通过对太阳冕洞爆发现象的观测,研究太阳风暴的成因,8月底,9月初,中科院也通过高空科学气球对太阳冕洞爆发引发的地磁暴现象进行了临近空间高度的原位观测,一系列研究都都聚焦于空间天气对我们生活的影响。





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