科学家设计预测太阳风暴的方法

艺术家关于辐射风暴逼近地球的概念。

一位科学家利用太阳和日光层天文台（SOHO）找到了一种预测太阳辐射风暴的方法。新方法提供了长达一小时的提前警告，让宇航员有时间寻求庇护，让地面控制人员有时间在风暴来临时保护他们的卫星。

开发这项技术的物理学家Arik Posner说：“众所周知，太阳辐射风暴很难预测，它们经常让我们大吃一惊。”“但现在我们已经找到了预测这些事件的方法。”

波斯纳是德克萨斯州圣安东尼奥西南研究所的研究人员；他还在美国国家航空航天局华盛顿总部工作。他的研究《太阳能离子事件辐射危害的长达一小时预测》发表在《太空天气》杂志上。

太阳辐射风暴是由太阳上的爆炸加速到高速的电子、质子和重离子组成的群体。在地球上，我们受到大气层和磁场的保护，不受这些粒子的影响。在地球轨道上的宇航员也相当安全；地球的磁场延伸到足以屏蔽它们的地方。当宇航员离开这个保护茧时，危险就开始了。例如，月球和火星没有全球磁场，“在这些星球表面工作的宇航员可能面临风险，”波斯纳说。

美国国家航空航天局太空辐射项目首席科学家弗朗西斯·库奇诺塔指出：“一个小时的警告将降低宇航员在月球栖息地外遭遇太阳风暴的几率，因为那里的宇航员最容易受到伤害。”

航天器和卫星也将受益。撞击CPU和其他电子设备的亚原子粒子会导致机载计算机突然重启或发出无意义的命令。例如，如果卫星运营商知道风暴即将来临，他可以将自己的飞船置于保护性的“安全模式”，直到风暴过去。

宇航员安全专家最担心的粒子类型是离子，即失去一个或多个电荷平衡电子的原子。Cucinotta说：“高能离子会破坏组织并破坏DNA链，导致恶心、白内障和癌症等健康问题。”

因此，我们的目标是预测离子何时到达。事实证明，关键在于电子。波斯纳说：“电子总是在更危险的离子之前被探测到。”这一点多年来一直为人所知，但直到最近，波斯纳的研究才将辐射风暴的“电子优先”方面转变为预测工具。

每一次辐射风暴都是电子、质子和较重离子的混合物。电子比其他电子更轻、更快，在前面飞快地跑出来。他们就像宣告圣像降临的使者！波斯纳意识到，通过测量“初始电子浪涌的上升时间和强度”，他可以判断有多少离子跟随，以及它们何时到达。

突破的关键是SOHO上的COSTEP仪器。COSTEP是“综合超热和高能粒子分析仪”的缩写。本质上，该设备对来自太阳的粒子进行计数并测量其能量。

Posner查看了COSTEP在1996年至2002年间记录的数百场辐射风暴，他能够构建一个经验预测矩阵：“将电子数据插入矩阵，就会弹出离子预测。”

下一步是检验他的结果。他决定在2003年收集的COSTEP数据上试用该矩阵，这一年他还没有分析，也不构成矩阵本身的一部分。“我将矩阵应用于电子数据；它成功地预测了2003年的所有四场主要离子风暴，预警时间从7到74分钟不等。”

波斯纳说，这种方法还不完美。例如，他指出了2003年一场风暴的7分钟预警。“我想改进一下，”他说。“该矩阵还为2003年产生了三个错误警报——即风暴警报，然后是弱风暴或根本没有风暴。”在少数情况下，宇航员会不必要地冲向安全地带。

随着波斯纳对COSTEP丰富的数据集进行更多的研究，情况将有所改善：德国基尔大学的COSTEP首席研究员Bernd Heber教授表示：“COSTEP于1995年与SOHO一起推出，一直在运行整个太阳周期，包括2001年的太阳活动高峰期，而且它仍然很强大。”