太空天气是一个日益增加的威胁。这个新的美国宇航局中心目标来帮助保护我们

By Paul Sutter

2023/11/9

   Science & Astronomy

    在密歇根大学一个新的空间天气预报中心寻求来改善太阳天气预报。

太阳。. (Image credit: NASA/SDO/Met Office)

    太空是一个危险的地方，尤其是当到高能粒子时，强烈的太阳活动对地球上的人和技术摆出威胁。为面对潜在的危险，美国宇航局已经为密歇根大学的空间天气预报中心CLEAR提供了值5年的资金。

    太阳没有一点安静。它的表面沸腾10000多华氏度（5500 摄氏度）温度，复杂的电场和磁场扭曲、缠绕并跌进出深处。太阳过热等离子体和它的自身磁场之间的这种错综复杂的关系为太阳风暴创造条件。这些事件------包括耀斑、喷发和日冕物质抛射------释放了大量的能量进入太阳系。

    有时释放以纯辐射的形式。有时，整个太阳物质团从表面发射，缓慢朝向行星移动。但往往太阳会发射微小的被称为太阳高能粒子（SEP）的带电粒子风暴------电子和质子以接近光速的速度旅行。

    太阳高能粒子真的能包一个冲击。在太阳活动强烈的时期，太阳高能粒子能撞击进地球，压倒它的磁场，甚至冲破大气层，将致命的辐射倾下到地表上。太空中的任何东西都特别容易受到攻击。电子设备能被打乱，传感器能被破坏。

    一个单个强事件能超过宇航员的终生辐射剂量。真的，辐射破坏被考虑为是长期太空旅行的最大障碍之一，因为太阳高能粒子能破坏DNA并导致癌症------如果我们想定期执行火星和更远的人类使命我们必须解决这个问题。

    太阳高能粒子令人难以置信的速度允许它们在几分钟内到达地球轨道，这意味着当一个太阳高能粒子风暴即将击中时我们几乎没有警告。认识到问题的严重性，美国宇航局最近授予密歇根大学的一个研究小组一项为期五年的赠款，用于建立CLEAR空间天气卓越中心，该中心将集中在提供准确和及时的空间天气预报来警告太阳高能粒子风暴事件上。

    CLEAR中心将汇集天文学家和各种专业天体物理学家，范围从观测者到理论家来解决太阳高能粒子预测。他们将用太阳表面的理论模型来预测什么时候发射太阳高能粒子的太阳耀斑和日冕物质抛射可能要爆发。

    目前有 36 个被各种团体使用的模型。有些纯粹依赖于已知的物理学是非常准确但当每一分钟算数时运行成本高昂-----尤其是实时。因此，即便我们要捕捉一个日冕物质抛射要来，我们会有足够的时间来预测太阳高能粒子风暴到达地球时的严重程度。

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    另一种方法是用过去风暴事件的属性来预测什么时候一个新风暴将到来。这些机器学习技术是远更快的，因为它们用简单的算法来确定是否在太阳表面上发生正确的条件。但它们目前是不太准确和不太可靠的，因为算法并不“知道”支撑的物理学，它们只是试图来将一个观察到的条件与太阳高能粒子风暴爆发的概率匹配。

    有CLEAR中心，空间天气预报员希望来将这两种方法结合。其目的是来建立更快、更高效的基于物理学的模型，并用它们来增强基于历史的模型，造成一个高效的管道，能用来自太阳的实时数据来提供太阳高能粒子风暴事件的快速、准确的预测。然后，美国宇航局能广播这些预报来警告卫星运营商和载人航天使命即将到来的威胁，从而帮助所有太空活动减轻由这些风暴造成的破坏。