為什麼我們需要更精準地預測太空氣候
圖片來源：NASA/SDO（太陽動力學天文台）
太陽是地球維持生命最重要的能量來源，但它帶給我們的遠不止光和熱。它也給我們帶來了太陽風暴。
像太陽耀斑產生的日冕物質拋射這樣太陽上的擾動會導致太陽風暴。太陽耀斑和日冕物質拋射向太空發射大量輻射和帶電粒子，這都是能量傳遞的形式。
許多人仍然記得加拿大魁北克電網的崩潰，導致停電和系統功能降低。衛星、空間站和太空人、航空、GPS、電網等都可能受此影響。
隨著人類文明的進步，我們被太陽風暴影響得越來越多。隨著太陽活動的活躍，我們需要更好地預測太陽上的「天氣」。
1989年3月13日加拿大魁北克電網的崩潰持續了9個小時，影響了600萬人。它造成了數億美元的損失和收入損失。這次停電正是太陽風暴引起的。
如今，我們更加依賴科技，而這些技術又越來越容易受到太空及其獨特自然災害的影響。1859年的科技僅限於電報，其中大多數在歐洲和北美都出現了故障，在某些情況下會對操作員造成電擊。
如今，我們更加依賴科技，而科技又越來越容易受到太空及其獨特自然災害的影響。
太空輻射
太空如此遼闊，凜冽，黑暗，充斥著危險的輻射。太空輻射主要來自星際宇宙輻射——從其他星系拋出的高能粒子，以及來自我們的太陽的高能粒子爆發。
在太空輻射中，原子在星際空間中加速到接近光速。最終，電子被剝離，只剩下帶正電的原子核。
人類對太陽黑子的觀測和計數已開展400多年，是世界上持續時間最長的實驗。太陽有一個11年的太陽黑子活動周期，目前我們正處於這個周期的中間，即將到達太陽活動最活躍的時間段。下一次太陽活動高峰預計將於2025年開始。
北極光是由太陽耀斑引起的。（圖片來源：丹尼爾·博費利）
人們熟悉北極光，這是太陽輻射的一種可見的影響。地球的磁場保護我們免受大部分空間輻射的危害，它將帶電粒子引導到兩極，進入大氣層並使其電離，從而創造了美麗的極光。
但輻射也會影響科技和人類。在強烈的太陽輻射風暴期間，高能質子會破壞衛星內部的電路和太空人的DNA。乘坐飛機經過北極上空的乘客和機組人員將受到更多的輻射。
這些輻射風暴會使導航操作變得極其困難。高能質子還可以電離大氣中的原子和分子，形成一層自由電子。該電子層可以吸收高頻無線電波，導致高頻通信（或短波無線電）的中斷。
隨著我們對技術的日益依賴，預測太空氣候至關重要。然而，專家們一直棉鈴著準確預測太空氣候的挑戰。
預測太空氣候
了解太陽黑子的複雜性將有助於我們預測太陽耀斑是否會發生。我和我的同事開發了一個實時自動化計算機系統，它使用圖像處理和人工智慧技術來監測和分析太陽衛星數據。這有助於預測未來24小時內太陽耀斑活動的可能性。
我們開創了自動處理、檢測和提取NASA太陽動力學天文台捕獲的太陽特徵（如活動區域和太陽黑子）的新技術。我們還引入了第一個自動、實時的太陽黑子分類系統。在此之前，太陽黑子的分類是由專家人工進行的。
太空任務和執行任務的太空人更容易受到輻射的影響，因為他們不受地球磁場的保護。太空輻射對人類的影響可能包括輻射病、癌症風險增加、退行性疾病和中樞神經系統影響。
儘管存在這些風險，人類和機器人在太空中的活動仍在增加，如美國宇航局正致力於在2040年前將人類登陸火星。目前火星上有兩輛漫遊車：「好奇號」和「毅力號」。此外，還有一輛著陸器正在運行，另一輛漫遊車計劃於2026年發射。
我們的太空天氣預報系統是公開的，現在被用作NASA機器人任務的決策工具之一，並用於管理NASA錢德拉X射線天文台軌道上的輻射影響。
隨著我們繼續深入太空，我們需要加強目前對太空氣候的預測能力，以更全面地了解太陽活動，並減輕其對太陽系的影響。
這項任務極具挑戰性，因為大多數太陽觀測都是基於地球的視野進行的。為了適應圍繞太陽的其他天體軌道，有必要對太陽特徵的演變進行更好的建模和研究。
BY:Rami Qahwaji
FY: Ludwig_XU
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