2003年10月19日,太阳表面爆发了一次大型太阳耀斑,吸引了科学家们对三个巨大太阳黑子群的关注,在接下来的两周内,这些黑子群总共产生了124次耀斑。其中三次是记录以来最大的耀斑。伴随着这些电磁辐射爆发的是巨大的等离子体云和磁场混合物。这些被称为日冕物质抛射(CME)的不可预测的云团,由数十亿吨高能质子和电子组成。当它们朝向地球时,CME会造成问题。据最新统计,秋季的耀斑和CME影响了20多颗卫星和航天器(不包括机密的军事仪器),促使美国联邦航空管理局首次发布了针对空中旅客过度辐射暴露的警报,并暂时中断了瑞典的电力网络。
历史上,CME在几乎没有或模糊的警告的情况下袭击了地球。如果可以像预报明天的天气一样准确地预测它们,那么各机构将有时间为轨道和地面上的昂贵仪器准备好应对正确的冲击大小和时刻。这种精确的预测可能很快就会出现:去年12月,研究人员宣布了一种名为太阳物质抛射成像仪(SMEI)的预测仪器的早期成功,该仪器可以追踪CME在空间和时间中的变化。
SMEI(昵称为“schmee”)于2003年1月发射,进行为期三年的测试运行,它沿着地球的晨昏线,每101分钟绕地球极地轨道运行一次。在每次轨道运行中,三个摄像头捕捉到的图像拼接在一起,可以提供以太阳为中心的整个天空的视野。CME散射的等离子体电子在SMEI图像上显示为明亮的云。
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其他太阳观测仪器可以对CME进行成像,但它们的工作方式类似于静态相机,拍摄太阳的单张照片。例如,美国宇航局的太阳和太阳风层观测台(SOHO)可以“看到”CME从太阳中迅速爆发,但很快就会看不到云的路径。SOHO在去年秋天派上了用场,当时它捕获了两个正朝地球前进的大型CME,但它无法跟踪抛射物,也无法提供准确的撞击时间。
SMEI不是SOHO式的快照相机,而是更像一个24小时的监控系统,不断扫描和跟踪。SMEI开始观察距太阳约18到20度的区域,并继续成像到地球以外。SMEI可以确定CME的速度、路径和大小,从而实现精确可靠的撞击预测。科学家们说,这些信息对于预测小型CME事件尤其有用。这些抛射物可能需要一到五天的时间才能到达我们的星球。自发射以来,SMEI已经检测到大约70个CME。
在去年秋天的太阳风暴期间,SMEI获得了证明其价值(估计价值1000万美元)的第一个大机会。SMEI主要由马萨诸塞州汉斯科姆空军基地的空军研究实验室管理,大约20名空军和大学科学家在过去20年中一直在开发SMEI。在2003年12月于旧金山举行的美国地球物理联合会会议上,SMEI的项目经理珍妮特·约翰斯顿自豪地宣布,SMEI在秋季最大的两个CME撞击地球之前分别成功检测到它们大约21小时和10小时。
不幸的是,科学家们直到风暴袭击地球后才知道这种检测和追踪潜力。现在,SMEI的数据需要大约24小时才能到达汉斯科姆,因为它们要经过多个地面跟踪站。波士顿学院的物理学家大卫·F·韦伯是SMEI团队的一员,他认为精确的预测需要将数据传输时间从24小时缩短到6小时。要实现这种缩短,需要更多的研究人员在地面跟踪站移动信息并检查SMEI的输出。
SMEI的数据收集也可能需要改进。科罗拉多州博尔德太空环境中心的首席预报员克里斯托弗·巴尔奇强调,CME信号必须在其他背景光中更加突出。巴尔奇说,一旦改进,SMEI“可能会填补我们观测中的空白”,使科学家能够精确地跟踪CME,从而使“实时”预测成为可能。
克丽斯塔·韦斯特居住在新墨西哥州拉斯克鲁塞斯。