客觀日本

精確預報「宇宙天氣」,預測太陽耀斑迴避風險

2022年05月23日 海洋宇宙

隨着人造人造衛星的用途日益增加和太空旅行的全面起動,捕捉太陽表面大規模爆炸出現「太陽耀斑」風險的「宇宙天氣預報」的重要性與日俱增。日本總務省的研討會最近首次在國内預測了太陽耀斑導致的災害。明確太陽耀斑相關災害和提高預報精度的舉措正在國内外積極推進,到2050年前後,宇宙天氣預報可能會像現在的天氣預報一樣成爲人們熟悉的社會基本資訊。

手機打不通、各地發生大面積停電、全球定位系統(GPS等)也會出現很大的誤差。總務省的報告草案中基於百年一遇的太陽耀斑持續兩週的「最壞情況」,描述了受災狀況的預想。

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太陽耀斑可能對地球產生嚴重不利影響的示意圖(供圖:美國宇航局(NASA))

太陽耀斑會產生強烈的X射線、紫外線和粒子束等,能夠影響人造人造衛星,進而影響飛機和地面電網等。2017年9月時隔11年發生的大規模耀斑,在日本也引起了話題。

雖然當時沒有造成重大災害,但災害發生的風險始終存在。2022年2月,受太陽耀斑引起的磁暴影響,美國企業家埃隆·馬斯克(Elon Musk)領導的Space X公司發射的49顆「星鏈」通信衛星中有40顆發射後無法使用。這讓人們重新認識到利用太空時考慮太陽耀斑等「宇宙天氣」的重要性。

最近日本國内外紛紛開始強化宇宙天氣預報。歐洲航太局(ESA)2022年4月開設了監測和因應宇宙天氣的新基地「空間安全中心」。中國和俄羅斯也於2021年11月以同樣的目的共同設立了「中俄聯合體全球宇宙天氣中心」。

日本負責提供宇宙天氣預報資訊的是總務省下屬的資訊通訊研究機構(NICT)。目前透過郵件和網站提供資訊。内容類似於「預計未來一天太陽活動將繼續操作保持微活躍狀態」等。爲強化宇宙天氣預測,總務省的報告草案中還提出了新設「宇宙天氣預報營運中心」的方針。

大學的研究也取得了進展。名古屋大學等的研究團隊2020年開發出了能高精度預測耀斑發生位置和規模的模式,並在美國科學期刊《Science》上發表了論文。2021年9月京都大學的研究團隊量化了耀斑對飛機乘客的影響和相關對策的經濟費用,並在英國科學期刊《Scientific Reports》上發表了論文。

研究宇宙天氣和提高預報精度不僅可應用於人造人造衛星,從載人太空飛航活動的角度來看也非常重要。2021年接連實施了平民太空旅行,與地面相比,暴露於耀斑輻射的風險會不可避免地增加。京都大學載人宇宙學研究中心的山敷庸亮主任指出:「今後,量化日射的風險和研究避免措施對推進太空活動將變得更加重要。」

還將成爲月球和火星探測的關鍵

太陽耀斑觀測與宇宙天氣預報的歷史和未來展望
1859年 英國天文學家理查德·卡林頓觀測到大規模耀斑
1989年 受耀斑影響,加拿大魁北克省發生大規模停電
2000年 日本的人造人造衛星“飛鳥”受耀斑影響失靈
2003年 瑞典受耀斑影響發生停電等
2017年 時隔11年發生大規模太陽耀斑,但無受災報告
2022年 Space X的40顆通信衛星受耀斑影響失靈
2030年前後 設置“宇宙天氣預報員”
2040~2050年前後 包括月球和火星在内的高精度宇宙天氣預報實施,成爲支撐日常生活的基礎設施

太陽耀斑首次被觀測到是在1859年,是英國天文學家理查德·卡林頓觀測到的,這是有記錄以來的最大規模的放大。關於地球上實際受到的影響,最著名的是1989年加拿大魁北克省發生的大規模停電,2003年瑞典也發生了1小時左右的停電,當時影響了約5萬人的生活。

太陽耀斑對策不僅是地球上的生活和離地球相對比較近的「近地軌道」的活動,對推進更遙遠的太空探測計劃也很重要。

在美國之前推進載人月球探測計劃「阿波羅計劃」的1972年8月也發生了大規模耀斑。正好是阿波羅16號返回地球後,阿波羅17號發射升空前的時期,所幸宇航員還在地球上,全部安全無事。如果當時在月球上,可能會受到極強的輻射影響。

自阿波羅計劃以來,美國時隔50年再次開始推進載人月球探測計劃「阿爾忒彌斯計劃」。目標是重新登陸月球,持續進行開發,此外還計劃2030年代以後實施史無前例的載人火星探測。多數觀點認爲,實施該計劃的「最大障礙是克服輻射的影響」(京都大學山敷主任)。隨着空間利用迎來新時代,針對太陽的影響採取對策已成爲無法迴避的課題。

日文:松添亮甫、《日經產業新聞》,2022/5/13
中文:JST客觀日本編輯部