在地球
每天面对的天气都有所不同
时而刮风，时而下雨
时而晴，时而阴
我们早已习惯了这些天气变化
并时刻关注着天气预报
那么
在地球之外的
太空环境中
也有“天气变化”吗？
什么是空间天气？
在陆地、海洋和大气环境之外，还存在与人类生存发展息息相关的第四环境——空间环境。
瞬时发生的爆发性太阳活动通常会引起空间环境的剧烈变化，影响地面和空间技术系统的运行和可靠性，人们称之为空间天气（Space Weather）。
空间天气有多种表现形式，包括电磁场、等离子体、高能粒子等多种不同尺度、不同程度的扰动，可以说是太空中的“风雨雷电”。
太阳每时每刻都在向外吹拂着等离子体，我们称之为“太阳风”。日冕物质抛射就像是源自太阳的“飓风”，它会引起地球空间环境的剧烈扰动。
空间天气也会产生高能粒子“雨”。太阳爆发本身就会向外释放大量的高能粒子，并冲击地球空间；日冕物质抛射袭击地球时，会引起地球磁层中带电粒子的加速，产生高能电子暴。
此外，太阳活动对地球的冲击也会引发空间电流的扰动，引起地面磁场的跳变，还会产生极光等现象，这些都是太空中的“雷电”现象。
空间天气如何影响人类生活？
空间天气会影响人类在空间和地面运行的各种技术系统。人类在长期的空间活动中发现，近40%的航天器故障与空间天气有关。
人类目前开展的航天活动，如火箭发射卫星在轨运行、通信导航等都与地球表面30公里以上的中高层大气、电离层、磁层，以及跨越行星际空间直到太阳大气的一整段空间紧密相关，太阳爆发活动、宇宙射线、太空碎片等等，都会对其产生直接影响。
01
“飞上天”需要掌握空间天气
航天器发射以及进入轨道运行的整个过程中，都易受带电粒子的侵扰。其中能量相对较低的粒子，会在航天器内部电路板、元器件等位置产生电荷堆积，引发静电击穿效应；而能量高的粒子则能直接穿透航天器，轰击内部器件，引发设备载荷发生异常或故障，甚至使仪器制造错误代码造成指令异常。
02
更高地应对空间辐射环境
充满高能射线的辐射环境直接影响航天安全。比如，发生在1972年8月的太阳质子事件，经月面辐射仪器测量，当时的强度已经达到危及生命的级别，国际空间站曾多次出现宇航员眼底闪光事件这是高能射电穿透舱壁撞击人眼视神经导致的。因此，监测、预报空间环境的辐射变化非常重要。
03
协助航天员找寻“出舱时机”
根据空间天气预报结果，结合神舟飞船飞行轨道参数，可以为航天员执行出舱任务提供时间窗口预报，避免航天员因太阳质子事件、辐射异常区等因素遭受过量辐射，提升出舱任务的安全系数。
示意图
值得注意的是，随着人类科技的进步，空间天气灾害对人类活动的影响将越发显著。
做好空间天气监测预警
中国有何大国重器？
早在1992年，中国科学院国家空间科学中心就成立了空间环境预报中心，这是我国第一个专业的空间天气预报机构。进入本世纪，我国在空间天气和空间环境监测和研究方面的投入迅速增加。
空间环境监测主要分为地基监测和天基监测两种方式。
在天基探测方面，针对空间天气的源头——太阳，我国先后发射了“羲和号”和“夸父一号”卫星，紧盯着太阳的一举一动。
在地基监测方面，则要提到一个响亮的名字——子午工程。
作为大型空间环境地基监测系统，子午工程一期综合运用地磁（电）、无线电、光学和探空火箭等多种手段，连续监测地球表面二三十千米到几百千米的中高层大气、电离层和磁层，以及十几个地球半径以外的行星际空间环境中的地磁场、电场、风场、密度、温度和成分等参数，在空间天气研究和预报等方面发挥重要作用。
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上图是位于四川省甘孜州的圆环阵太阳射电成像望远镜，它由313部直径6米的抛物面天线构成，这些天线均匀分布在直径为1公里的圆环上。
它是目前全球规模最大的综合孔径射电望远镜，不但能监测太阳的各种爆发活动，还能监测太阳风暴进入行星际的过程。
上图是位于内蒙古锡林郭勒盟的行星际闪烁望远镜，由我国自主研制，接收面积和灵敏度处于国际领先水平。
行星际空间扮演着衔接太阳和地球的关键纽带作用。行星际闪烁望远镜聚焦行星际空间，可以感知太阳风湍流引起的射电流量的闪烁，遥测太阳风的动态传播过程。
上图是位于海南省的三站式非相干散射雷达，其主站由八千多个天线单元共同组成，是世界最先进的地基电离层探测设备之一。
吉林龙井站
内蒙古四子王旗站全景
新疆和静站全景
上面三幅图片展示的是北方中纬高频雷达网，由3站6部高频相干散射雷达组成，首次形成对欧亚扇区中高纬度电离层的广域高精度连续探测。
这些都是子午工程的标志性设备。
子午工程的设备分布怎么会如此广泛？
事实上，空间天气扰动是沿经纬向分布和传播的。基于这个特点，子午工程沿东经100度和120度、北纬30度和40度，布局了31个观测台站，建设了282台监测设备。从中高层大气、电离层、磁层，到行星际、太阳大气，子午工程的探测范围涵盖了五大空间环境圈层，能获取多达40类的空间环境参数。
为实现对我国领土的覆盖，以及对中、小尺度空间天气物理过程的探测，子午工程二期应运而生。
子午工程二期增加了对空间天气的活动源头——太阳的监测，形成了从太阳到地球、端对端的空间环境的监测，这在国际上是第一次，也是唯一的一个空间环境的监测系统，做到了整个日地空间端对端的观测。
子午工程II期近期已完成建设，成为国际上综合观测能力最强的地基空间天气监测网络。子午工程II期经国家验收后将进入正式运行，对国内外科学家开放共享探测数据和研究成果。
资料参考：中国气象局、人民日报、央视新闻、中科院之声
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