互动科普

空间天气预报为何重要？

科学世界：空间天气预报能在多大程度上减少这些危害呢？

吴季：如今，很多基础设施都会受到空间环境的影响。所以，人们希望可以像天气预报那样预报空间天气，并采取一些应对的防护措施。比如，当预报有强烈的太阳活动时，可以先把卫星关机，暂时躲避磁暴，等这阵太阳风吹过去以后再开机。

科学世界：子午工程在预报空间天气时能起多大作用？

吴季：子午工程主要是提供地面的观测数据。只有对太阳的观测才能带来先兆性的预报参数。比如，日冕物质抛射到行星际空间以后，要走1天半到2天才能到达地球。但如果只是看到抛射现象，那还不能肯定地说“这团物质会到达地球周围的空间”。

科学世界：这是为什么呢？

吴季：通过地面上的望远镜，是可以看到太阳上有物质喷出来了，可是这团物质在行星际空间的运动方式比较复杂，最终可能会跑到别处去。

在太阳和地球之间有一个“拉格朗日点L1”，是太阳和地球的引力平衡点，距离地球约150万千米。如果在这里放一个卫星，就可以充当探测太阳风的前哨站。美国和欧洲空间局联合研制的SOHO卫星（Solar and Heliospheric Observatory，太阳和日球层探测器）就是这样的一颗卫星。如果太阳风一直很宁静，突然间，卫星监测到的粒子数升高了，说明这团物质已经到了L1点了。太阳风从L1点到地球的磁层顶大概还需要40分钟时间。在“前哨站”探测到的这些数据很重要，可以用作空间天气的警报。

当太阳风已经到了磁层顶，最终到达电离层，使之发生变化，可能还要经过1～2天。因为大量的粒子聚集、沉降到地球的两极。地球磁场受到外界压迫以后，突然膨胀或者收缩，反过来再影响电离层。这时，很多之前没有沉降的粒子会运动到磁尾，再通过磁场重联释放能量，有一部分又运动回地球两极。每发生一次空间天气事件，从开始形成到最后宁静下来，需要几天的时间。

子午工程的观测结果表明，太阳风对地球造成的影响，大部分都是从地球的极区向赤道传播的。如果高纬度已经发生了空间天气事件，那么可以预测低纬度也很快就要发生了，于是可以提出一些警报。如果电离层发生变化了，我们预计大气也会发生变化，因为二者是一种相互的耦合关系。

科学世界：我国现在根据监测到的空间天气数据能做到预报吗？

吴季：要想准确地预报空间天气的话，首先要有好的物理模型，建好模型后输入参数，然后就可以演示以后几天的空间天气变化了。空间天气的物理模型的内容很多，包括太阳发生爆发以后，太阳风是怎样传输到地球的？太阳风传输到地球以后，怎么和地球磁场发生耦合的？这些耦合又带来了电离层的哪些变化？电离层和下部大气的耦合关系如何等等，是个很复杂的模型。只有得到足够的观测数据，才有可能建立起一个尽可能准确的物理模型。然后输入一些参数，就可以做准确的预报了。目前，我们的观测数据还不够，对事件发生和发展的机制还在研究、物理模型也还在建立中，整体上处于实验阶段。所以，现在的预报主要还是凭经验。

双波长三通道激光雷达，可同时获得近地面至110千米的大气后散射的回波信号，通过反演得到地球空间环境的中高层大气的密度、温度、钠层密度等大气参数。

科学世界：我们能不能直接用国外的数据做空间天气预报？

吴季：在第二次海湾战争（2003年）之前，我们已经开始做空间天气预报了。那时我们还没有自己的太阳观测卫星，大量的数据来自国外卫星。但是，战争爆发后，我们就收不到他们的卫星数据了。因为美国在这个特殊时期可能要利用这些空间环境的数据，或者怕其他国家利用这些数据干扰他们的军事行动，于是就把卫星数据封锁了，直到战争过后才恢复开放。

一般来说，做科学研究的卫星，获得的数据都是向全世界开放的。但上面的例子说明，在某些特殊时期，即使是科学卫星，也可能不开放。所以我们还是需要建立自主的、地面的，乃至空间的空间环境监测系统。

科学世界：那么，您能给我们介绍一下子午工程未来的发展计划吗？

吴季：以后，我们还打算对子午工程在我国境内的两条线进行加密，也就是在东经100°和北纬40°各加一条线，与现有的两条线一起，组成“井”字形的监测网络。这个网络建成后，就可以为我国的空间天气研究提供更详尽的科学数据。

（本文发表于《科学世界》2013年第10期）