2019年太空中发生了哪些空间环境事情?

2019年太空中发生了哪些空间环境事情?
来历:中科院之声 编者按:“众多的空天还有许多不知道的奥妙有待探究”,为此,中科院之声与中国科学院国家空间科学中心联合开设“Calling太空”科普专栏,为咱们叙述风趣的故事,介绍一些与空间科学和航天相关的常识。 浅显地讲,太空环境又称空间环境,是太阳-地球空间中能够对人类日子或技能体系形成影响的一切物质条件的总和。空间环境是除陆地、海洋和大气以外人类生计的第四个环境。 空间环境中所说的空间规模通常指地面上几十公里高度以上到太阳外表的广阔世界区域,而空间环境灾害性事情的发作源头首要来自于太阳。当太阳发作迸发活动时,或许引起太阳质子事情、地磁暴、高能电子暴等一系列空间灾害性事情,然后或许会对人类的航天体系、无线电链路体系、电力和动力体系等发作严峻影响。 2019年,现已到第24太阳活动周的晚期,太阳活动水平较低,很少发作太阳迸发活动。不过,太阳冕洞依然时不时引起一些地磁暴事情,而发作在地球同步轨迹邻近的高能电子暴事情则永不缺席。下面咱们就一同回忆一下这一年波澜不惊的空间环境。 1、反常沉寂的太阳 太阳黑子,是指太阳光球外表磁场集合的当地,是太阳外表能够看到的最杰出的现象。肉眼看起来,太阳黑子比周围暗,像一个个小小的斑驳。太阳黑子是太阳活动的一个重要标识,是引发太阳迸发活动的最重要源头。当咱们处于太阳活动高年时,太阳公公就像长了斑点,脸上常常有许多黑子。而当咱们处于太阳活动低年时,太阳的脸又像美白过相同,干干净净。 图1 太阳活动高年和低年的太阳 2019年,介于第24/25太阳活动周的替换期,现已到第24太阳活动周的晚期,行将迎来新的第25太阳活动周。太阳黑子数现已完全降到了谷值。其月均值在7-11月份均低于1,在2月份乃至为0。而表征太阳辐射水平的太阳F10.7指数月均值也下降到了67sfu,处于前史低值邻近。图2 第24和25太阳活动周的太阳黑子数 2019年太阳黑子数的年均值为3.7,相对于2018年下降了42%,而F10.7年均值为69.7,略有下降(见表1)。 表1 2017-2019年太阳活动比较 跟着太阳活动水平的继续下降,太阳上的黑子活动区个数也大大削减,无黑子日(即太阳外表一个黑子也没有)继续出现。全年太阳上出现的黑子活动区个数仅为24个,比2018年削减了35%。2019年太阳无黑子日为284天,一年之中有超越3/4的时刻里没有太阳黑子出现。 太阳黑子的削减也意味着太阳耀斑、日冕物质抛射等太阳迸发活动的削减。2019年仅发作了32个C级耀斑,均会集在上半年,没有M级及以上等级耀斑的发作。其间编号为AR2740和AR2743的两个黑子活动区各发作了12个C级耀斑。5月15日,黑子活动区AR2741迸发了最终一个C2级耀斑,随后太阳便陷入了死寂,连C级耀斑也没有了。2019年也没有观测到太阳质子事情。图3 2019年太阳X射线流量(表征耀斑)和太阳质子流量(表征质子事情)图4 2019年太阳迸发活动比较 2、偶有亮点的地磁活动 地磁暴,是一种剧烈的全球性地球磁场扰动现象,是最重要的一类地球磁扰改动类型,也是一种恶劣的空间环境事情。它能引起磁层、电离层和中高层大气等环境的激烈改动,然后对航天器发作各种损害。对低轨迹航天器来说,地磁暴后引起的大气密度添加能够导致大气阻尼的增强,会改动航天器的正常运转轨迹,增大了航天器定轨及轨迹猜测的差错。 人们使用各种指数描绘地磁活动,最常用的包含Ap、Kp、Dst指数等,其间Ap和Kp指数用于对全球地磁活动的丈量。 2019年,地球磁场的全体扰动水平十分弱。从表2中的多个目标来看,地磁活动水平比2018年显着下降。从2019年1月到12月,地磁Ap指数月均值仅有9月份超越10,其它月份在4-9之间动摇。Ap指数年均值仅为6.9,比2018年低了11.5%,Ap≥15的天数仅为22天,比2018年少了16天。 表2 2017-2019年地磁活动比较 2019年地磁暴等级也比较弱,从标明地磁暴水平凹凸的Kp指数上来看,全年发作小地磁暴(Kp=5)的天数为14天,中等磁暴(Kp=6)的天数为2天,仅有1天发作了大地磁暴(Kp=7)。 表3 2019年地磁暴天数计算 一般来说,地磁暴的源可分为两种:日冕物质抛射(CME)和冕洞高速流(CHH)。其间,CME具有偶发性和激烈性,多发作于太阳活动高年,引发了大部分的大地磁暴,在太阳活动低年偶然也会引起地磁暴;冕洞高速流随太阳自转具有27天的周期性,在太阳活动低年占主导地位,常常引起中小型地磁暴。 2019年太阳活动尽管弱小,但在5月10日、11日迸发的日面物质抛射却引起了全年仅有的大地磁暴事情。图5 5月份的日冕物质抛射引发了2019年仅有的大地磁暴图6 2019年地磁Ap指数和Kp指数 如果说2019年上半年,CME引起了全年仅有的大地磁暴,独领风骚,那么2019年下半年则是冕洞的扮演时刻,后文咱们将要点回忆一个横跨了多个太阳自转周(27天)的大冕洞。 3、高能电子暴——“杀手”电子永不缺席 高能电子暴,是指发作在地球外辐射带区域的高能电子通量忽然增强数千倍、乃至上万倍的事情。 空间高能电子对航天器的影响是十分严峻的。就像原子弹爆破发作的放射性物质,能够渗透到人类体内相同,高能电子则能够穿透航天器仪器外表进入到内部传输,形成深层充电等效应,使航天器发作过错动作,然后引起航天器的反常或毛病,更严峻的充放电可形成电路击穿,乃至使航天器失效。深层充电对导航卫星影响最大,其次是同步轨迹卫星。近年来,多颗卫星因为深层充电效应引发卫星毛病和失效,形成了巨大的影响。 在太阳活动低年,千万不要被“太阳活动水平低,日面上无活动区”等字眼遮盖了双眼,放松对高能电子暴的警觉。因为受太阳活动的调制,在太阳活动周的下降段,高能电子暴发作频次比较高——“杀手”电子永不缺席。 2019年,有66天发作小高能电子暴,10天发作中等高能电子暴,没有强高能电子暴,高能电子暴总天数为76天,占全年总天数的21%。 表4 2019年高能电子暴天数计算 在2019年,曾出现屡次继续多天的高能电子暴。8月6日-11日,高能电子暴继续了11天,日积分通量最大为1.1E+09个/cm2.sr.day。8月31日-9月12日,高能电子暴继续了13天,日积分通量最大为2.9E+09个/cm2.sr.day,挨近强高能电子暴事情阈值。图7 2019年高能电子暴占比 4、年度“风云人物”——冕洞 在前文部分,咱们现已说到,冕洞高速流是引起2019年首要地磁暴的主因。因而,2019年下半年,在太阳赤道邻近出现的一个冕洞当属太阳活动年度“风云人物”。 这个冕洞在7月份便在日面生成,随后继续胀大、增强,并跟着太阳的周期性自转而在日面出现27天的自转,屡次朝向地球时,引起了8月初、9月初、9月末、10月下旬的屡次地磁暴事情,并一共引起了8天中等高能电子暴、33天小高能电子暴,占全年高能电子暴天数的54%。 图8 大冕洞在8月2日、8月29日、9月26日、10月22日别离通过日面中心图9 大冕洞在8月初、9月初、9月末、10月下旬引起的地磁暴 5、总结与展望 2019年,太阳活动全体水平缓慢下降,甚少有迸发活动发作;地磁全体水平也继续下降,地磁暴事情逐步削减;高能电子暴事情尽管比较活泼,发作次数和强度也有所削弱。跟着以上各个标志性事情渐近谷底,基本上宣告第24太阳活动周现已挨近结尾。 展望2020年,咱们行将迎来新的第25个活动周,估计太阳将逐步复苏,并开端新的迸发扮演,咱们期待着与您一同重视新的空间环境事情的发作。