王赤

　　已經通過預驗收、明年即將正式運行的“子午工程”，是空間天氣學國家重點實驗室提出和&&建設的“十一五”國家重大科技基礎設施項目。空間天氣學國家重點實驗室是全球第一個以“空間天氣”命名的實驗室，這個實驗室的建立對空間天氣的觀測和預報能起到什麼作用？本報記者對該實驗室主任王赤進行了專訪。

　　學者名片

　　王赤：中科院空間科學與應用研究中心研究員，空間天氣學國家重點實驗室主任，中科院“百人計劃”學者，國家傑出青年基金獲得者，“子午工程”總工程師。美國麻省理工學院物理學博士，曾任麻省理工學院空間研究中心研究科學家。

　　太陽打噴嚏地球就感冒

　　記者：什麼是“空間天氣”？

　　王赤：日常生活中的天氣變化，如颳風、下雨、打雷、下雪等，是由離地面10公里內的地球低層大氣的變化引起的。而空間天氣，通俗的説法就是“太空天氣”，發生在距離地面20至30公里以上的空間，是低層大氣中的最外層——平流層以上的區域，依次包括中高層大氣、電離層、磁層、行星際空間以及太陽大氣等各個不同的空間層。太陽上出現的耀斑和日冕物質拋射等劇烈活動，會對這些空間層産生嚴重影響，人們把這種由太陽活動引起的短時間尺度的變化，稱之為空間天氣。

　　太陽風中的氣團主要內容是帶電等離子體，以每小時150萬到300萬公里的速度闖入太空，會對地球的空間環境産生巨大衝擊。太陽風暴爆發時，將影響通訊、威脅衛星、加大GPS導航誤差、破壞臭氧層，對人體的健康也可能會造成一定影響。

　　“太陽打個噴嚏，地球就會感冒”，這句話十分貼切地形容出太陽和地球的關係。

　　記者：太陽打噴嚏是怎麼讓地球感冒的？“空間天氣”能預報麼？

　　王赤：太陽的爆發主要以三種方式影響地球。第一種是太陽的電磁輻射，也就是“光輻射”。太陽會突然發生變化導致電磁輻射劇烈增強，特別是它的紫外線波段，這個過程發生後，以光速傳播，八分半鐘到達地球。第二種是太陽爆發時導致的高能粒子，高能粒子爆發産生的粒子雨十到幾十個小時後到達地球，會影響航天器的安全運行，甚至會威脅宇航員的生命安全。第三種是太陽爆發産生的大量的物質，即日冕物質拋射，對地球空間環境産生的影響最大。“日冕”是太陽的外層大氣，它裏面的物質爆發時，能量巨大，速度大概是每秒鐘幾百公里，一般兩到四天傳播到地球。當太陽風暴襲擊地球時，會使地球磁場産生激烈的擾動——磁暴。磁暴不但影響高空的空間狀況，還會影響地基的技術系統。例如，有可能通過電磁感應，在長距離輸電的供電網中誘發強大的衝擊電流，造成輸電網絡癱瘓。

　　就我們現在的認知水平而言，空間天氣的變化源頭是太陽活動。太陽爆發活動我們很難預測，跟地震預報一樣難。但如果已經發現了太陽爆發活動，我們可以打個時間差，預報上述三种太陽爆發形式中傳播速度相對較慢的後兩種形式對地球的影響。

　　當然，不是所有太陽爆發活動都對地球造成影響，事實上絕大部分太陽爆發活動都不會對地球造成影響，首先太陽爆發活動不一定衝著地球來；其次就算在太陽表面是衝著地球來的，中間還可能轉彎(日地距離在1.5億公里左右)，繞過地球；第三，就算到了地球，也需要一定條件(比如行星際磁場方向需與地球磁場方向相反)才能衝破地球磁場。所以，我們必須對日地空間的物質運動變化規律進行研究，才能有效預報太陽活動對地球的影響。我們現在的空間天氣預報水平還比較差，大致相當於天氣預報在上世紀五六十年代的水平。

　　記者：空間天氣研究有何意義？

　　王赤：空間天氣研究的意義主要在兩方面。

　　首先是為滿足實際應用的需求。通過觀測、研究，預測出太陽活動對我們的影響，可以減輕或防止太陽活動帶來的災害。例如，預測“粒子雨”何時發生，就能避免宇航員的傷亡。又如，太陽磁力變化會對地面通訊造成影響，如果我們能提前預警，就能及時採取其他通訊手段以避免影響。

　　其次，空間天氣學的研究有理論意義。低層大氣的研究對像是中性物質，物質的分子和分子之間以碰撞作用為主，因此我們一直採用經典的氣體動力學來研究低層大氣。但高層大氣已經十分稀薄，分子之間的碰撞作用幾乎不存在，大部分已經電離，形成了等離子體，傳統的氣體動力學已經不適用於高層大氣以及整個空間天氣學的研究。因此我們要研究空間天氣，必須要了解在非碰撞條件下帶電粒子的物理過程和運動規律，開拓一個全新的學科領域。空間天氣學還對宇宙學、太陽物理學、計算機建模知識、地球物理學等其他學科的研究有促進作用，它是一個多學科交叉的科學體系。