为了支持科学新闻事业
如果您喜欢这篇文章，请考虑订阅以支持我们屡获殊荣的新闻报道。 订阅。 通过购买订阅，您将帮助确保未来能够继续讲述关于塑造我们当今世界的发现和想法的有影响力的故事。
太阳是一个动荡的地方，容易发生质子和电子粒子风暴，这些风暴可以快速穿越 1.5 亿公里的空间距离，冲击地球大气层，可能扰乱卫星服务，破坏电信网络，导致电网停电，并危及高空飞机以及 国际空间站上的宇航员。 随着太阳风暴周期预计在未来三到五年内达到高峰期，约翰·霍普金斯大学应用物理实验室 (APL) 的科学家正在寻找方法来收集和分析信息，以便他们能够 预测严重的太阳风暴。
太阳风暴是由太阳耀斑和日冕物质抛射 (CMEs) 引起的，它们产生带电粒子，如果这些粒子朝着地球磁场的方向喷射，就会冲击地球磁场。 APL 科学家试图分析的大部分太阳风暴信息来自活动磁层和行星电动力学响应实验 (AMPERE)，这是一个 由美国国家科学基金会资助的 400 万美元项目，APL 于 2008 年 6 月与波音公司和铱星通信公司共同启动，旨在监测地球高层大气中的磁场扰动。 AMPERE 的核心是一个拥有 66 颗铱星卫星的通信网络，每颗卫星都配备了能够监测地球磁场的磁力计。
铱星的卫星 (pdf) 在距地表约 780 公里的近圆形近地轨道 (LEO) 上运行，速度约为每小时 27,000 公里，大约 100 分钟绕地球一周。 在六个轨道平面中的每个平面上有 11 颗卫星，它们的路径大致在北极和南极上空相交。
随着过去几十年中 基于卫星的通信 的普及，它实现了全球定位系统 (GPS) 以及某些互联网、电视和电话服务，“我们现在比以往任何时候都更依赖空间技术，”APL 科学家和 AMPERE 首席研究员布莱恩·安德森说。“我怀疑，在这个 [即将到来的] 太阳活动周期中，我们将了解到我们到底有多么敏感。”
太阳风暴有时会造成辐射损伤或在卫星或航天器计算机处理器中引入错误，导致它们功能异常、发生故障（有时是永久性的）或以其他方式“行为不端”，安德森说，他补充说，大部分此类活动都没有向公众报告，因为特别是在商业航天系统领域，运营商往往非常不愿承认他们遇到了可能让投资者感到沮丧的问题。 创建更快速、更准确地预测空间天气的能力，将使卫星运营团队、空间计划以及其他依赖地球空间环境资产的技术能够重新定位卫星和/或关闭非关键组件，以及推迟关键操作（例如上传新软件或轨道机动），这些操作可能会受到风暴效应（例如穿透性辐射增加）的不利影响。
日冕物质抛射离开太阳时的速度范围为每秒 20 到 2,000 公里或更高。 估计它们到达地球电离层的时间很困难，因为它们的速度会因与太阳风的相互作用而发生变化，太阳风是从太阳持续吹出的带电气体流，速度约为每秒 400 公里。 光、X 射线和日冕物质抛射本身可以在 太阳爆发后几分钟到几天内的任何时间到达大气层。
AMPERE 在 8 月份朝着实时测量迈出了重要一步，当时波音公司创建了一条新的数据通道，用于以每 两到 20 秒 的速率从铱星卫星传输 AMPERE 磁场样本。 之前的采样大约每 200 秒进行一次，频率不足以捕捉有关太阳风暴引起的电流流入和流出电离层的信息，包括这些电流的位置和强度及其对地球磁场的影响，安德森说。
流入和流出电离层的电流（AMPERE 正在监测这些电流）对电离层以及总体大气层具有各种影响，这些影响可能会导致跟踪近地轨道空间碎片、使用 GPS 系统甚至地面发电厂出现问题——正如 1989 年地磁暴导致魁北克电网瘫痪 时的情况一样，安德森说，他补充道，“运营商不知道发生了什么。” AMPERE 的目标之一是能够向此类关键运营部门提前发出警报，告知他们何时可能受到太阳风暴的影响。
随着数据以更接近实时的间隔传入，“AMPERE 将使我们能够看到地磁暴及其对地球的影响，就大气中的能量沉积而言，”安德森说。“我们从未拥有过任何资产，可以让我们测量任何基本电动力学量、电流或电场，从而贯穿整个地磁暴并观察会发生什么。” 他补充说，更频繁地收集更多信息的能力“有点像拥有了一架新的望远镜，最终让您看到了以前从未见过的东西”。
AMPERE 已经与国家海洋和大气管理局 (NOAA) 空间天气预报中心 共享信息，而铱星的下一代卫星网络（恰如其分地称为铱星 NEXT）预计将与 NOAA、NASA 和其他政府实体更紧密地合作。 从 2015 年开始部署在轨道上的 72 颗 NEXT 卫星中的每一颗都将具有携带来自 NOAA 和其他团体的传感器的能力进入轨道，从而提供实时的双向通信。
幻灯片：卫星网络为风暴般的空间天气做准备