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前不久北京“極光”事件刷屏。在北京看到“極光”實屬罕見，一般只有在接近極光卵的有限緯度（地磁緯度約65°～75°）處能觀測到。大家在興奮地感慨居然北京也能看到“極光”的時候，一群預判了該事件的科學家早已忙碌了起來。5sB流量資訊——探索最新科技、每天知道多一點LLSUM.COM
作為專業的空間環境服務保障機構，中國科學院國家空間科學中心（以下簡稱空間中心）空間環境預報中心從此次事件的初始，就利用我國重大科技基礎設施子午工程、夸父一號等天地基監測數據緊盯事件發展狀況，第一時間向空間站等用戶發送預報產品。 ▲圖2：以子午工程為基礎，國際子午圈計劃聯合120°E+60°W上的地基探測設備，探測全球空間環境 磁暴事件期間，科學家們在爭分奪秒地進行空間環境探測和研究。空間衛星在運行的同時也會采集一手的就地空間環境參數。我們還有很多地面的探測設備——如我國的子午工程，從地表向上遙測空間環境的變化情況，監視著空間天氣的一舉一動。 為了獲知此次強磁暴事件對地球空間環境造成的全球性影響，國際子午圈聯測工作組與空間環境預報中心緊密合作，于11月28日第一時間分析和研判了地球空間爆發強磁暴的可能性，并及時發布了自30日開展聯合觀測的倡議。 子午工程、國際非相干散射雷達網、南美空間天氣實驗室等國際子午圈的成員和合作監測網絡迅速響應、高效部署，圓滿完成此次國際聯測，獲取了極為寶貴的強磁暴期間多要素的同步觀測數據。 參與聯測的地面設備采用無線電、光學、地磁場測量等多種探測原理，采集到了80余個主要站點的電離層數據和中高層大氣數據（如圖3-圖6所示），為此次磁暴期間的空間環境綜合研究建立了完整詳實的數據庫，為解答令人困惑的中國北部地區極光，包括北京“極光”，提供了最直接和最有效的專業數據庫。 ▲圖3：2023年11月30日至12月2日（世界時）美國Millstone Hill非相干散射雷達探測的電離層100km-500km高度區域的電子密度 ▲圖4：2023年12月1日珠海站全天空氣輝成像儀觀測到的電離層不規則體 ▲圖5：2023年11月25日至12月3日子午工程武漢崇陽站MST雷達風場 ▲圖6：2023年12月1日子午工程三亞站非相干散射雷達觀測的電子密度、電子溫度、離子溫度等參數 12月7日，為了總結聯測活動成果、規劃后續科學研究，美國麻省理工學院的張順榮教授（國際子午圈計劃首席專家組專家）、空間中心徐寄遙研究員（子午工程總工程師）、中國科學技術大學雷久侯教授三位聯測活動召集人，以及中國科學院地質與地球物理研究所劉立波研究員等60多位專家和學者聯合發起了探測科學分析討論會，組織本領域科學家對磁暴時空間環境特征進行初步梳理和研讀，安排了后續聯合研究活動。 通過對重大空間天氣擾動事件的國際聯合探測和后續研究，可以更完整地揭示太陽活動對地球空間環境的全球/大尺度影響，了解空間環境擾動在全球特別是沿子午面的傳播過程和規律，最終實現對空間天氣的準確預測，造福人類高技術系統和文明發展。這也是國際子午圈計劃的主要科學目標。 對于在空間執行任務的航天員，質子事件是威脅航天員身體健康和生命安全最主要的空間環境事件，但本次事件不伴隨太陽質子事件，因此對航天員沒有影響。 此次地磁暴期間中國空間站的軌道速率并沒有表現出明顯的加快趨勢（如圖7所示），這種現象是因為空間站在軌操作頻繁，空間站軌道維持及姿態調整都可能對軌道產生明顯影響。單純從軌道數據不能判斷地磁暴對空間站軌道衰減的影響。 ▲圖8：地磁暴期間球星（NORAD:53301）軌道半長軸變化 圖8給出了“軌道大氣密度探測試驗衛星”（以下簡稱“球星”）在此次地磁暴期間軌道的衰減情況。該衛星由空間中心太陽活動與空間天氣重點實驗室和中國科學院上海微小衛星創新研究院聯合研制。衛星設計為球形，構型簡潔，具有確定的面質比，且沒有軌道制動，因此其軌道變化可準確反映地磁暴的影響。從圖中可以明顯看出地磁暴加劇了衛星軌道的衰減。具體而言，磁暴發生前，軌道衰減速率為109米/天，在磁暴發生期間及隨后的數個小時內，軌道衰減迅速增加到189米/天。可見大磁暴對低軌衛星的軌道有著顯著的影響。考慮到當前球星高度約為480km左右，而空間站軌道高度約為380km，大氣密度更加稠密，因此在無軌道制動等其他因素的影響下，地磁暴對其軌道造成的衰減效應應當更加顯著。 此次地磁暴事件期間，我國部分地區的電離層在12月1日～2日發生弱擾動，各個觀測站的電離層F2層臨界頻率（foF2）和電離層TEC參數相對背景值均有變化，但幅度不大（如圖9所示），對通信導航等系統的影響不大。 ▲圖9：12月1日～2日地磁暴期間，漠河（mhgr）、北京（bjgr）和三亞（syge）站觀測到的電離層foF2變化，以及漠河（mhgr）、北京（bjgr）、廣州（GZ03）和南寧（NN04）站觀測到的電離層TEC變化。（數據來自子午工程和空間中心臺站） 當前太陽活動處于第25活動周的高年，日面爆發活動頻繁，太陽黑子數處于上升階段，大或強地磁暴（Kp≥7）數目也將呈現上升趨勢，未來兩三年這種大地磁暴事件還會多次發生，“極光獵人”可以做好觀測準備，航天用戶們則需要提高警惕。 致謝：羅冰顯、劉四清、丁凱、陳志青、楊昉、李暉、崔延美、敖先志、石育榕、王聽雨、任廷領、沈華、陳艷紅、苗娟、周振奇對本文亦有實質性貢獻。 （原標題：“北京極光”刷屏的時候，我們的空間天氣科學家在忙些什么？）5sB流量資訊——探索最新科技、每天知道多一點LLSUM.COM
本文鏈接：“北京極光”刷屏時，空間天氣科學家在忙什么？http://m.lensthegame.com/show-11-1933-0.html
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