太空天氣預報(一)
太陽活動極大期又來了!

作者:呂凌霄(國立中央大學太空科學所)


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颱風季節又來了。大家都知道,地球上天氣形態的改變,大都以「」為它的變化週期。至於出現大地震的週期,許多地方是三十年,有些地方五十年,也有些地方要上百年才會大震一次。至於太空天氣的變化週期,則是介於氣象與地震之間,大約是十一年左右。由於科學家須要機會練習預報工作,才會熟能生巧,所以可以想見的,太空天氣預報的準確度,是介於天氣預報與地震預報之間了

太空天氣與我們有什麼關係呢?本來太空天氣對我們這些在地上「走」的人類,關係是不怎麼密切的,可是隨著科技的進步,人類不僅開始派出太空人從事太空旅行,同時還放了數以千計,無人駕駛,完全是遙控操作的「機器鳥」在太空中飛啊飛,毫無怨言的為我們人類服務!(這裡說的「機器鳥」是什麼東西?你猜到了嗎?答案當然是人造衛星嘍!)這些機器鳥,雖然處在一個重力場非常微弱的太空環境中,但是重力場小了,電磁場可就變得非常重要了。尤其我們還想要遙控這些機器鳥呢!因為遙控的指令以及這些機器鳥所搜集到的訊息,都得靠電磁波來傳遞,因此太空中電磁場擾動,對我們這些昂貴的機器鳥的服務品質以及壽命長短都會造成很大的影響。而導致太空中電磁場擾動的最重要來源就是我們可愛的太陽。在過去的數百年來,人類原本只會用可見光來觀測太陽,所能看到最大的變化就是太陽黑子數目的多寡(附圖一)以及日蝕的時候太陽四周日冕雲氣的長樣不同罷了(附圖二)。隨著太空科技的進步,過去二、三十年來,科學家已經學會,在人造衛星上,利用各種不同的電磁波波段來觀測太陽。其中利用X光以及紫外光的觀測結果,最令科學家感到振奮()。附圖三中就是一個叫做SOHO的人造衛星以超紫外光所拍攝到的三張太陽照片。照片中可以清楚的看見太陽表面游離態的氣體,在磁場中運動的情形。很明顯的,太陽的電磁場在過去這三年中,已經變得愈來愈活躍了。這就好像在衛星雲圖上,出現了好幾個熱帶性低氣壓或者是颱風,我們就知道,我們可能要受到颱風的威脅了。同樣的,太空科學家,一看到太陽表面這些混亂的磁場結構,就知道太空天氣要變壞了。我們得隨時提防太陽的磁暴。它會影響我們的太空環境,造成地球的磁暴,傷及我們寶貝的人造衛星,影響我們的無線電通訊品質,干擾積體電路晶片的製造過程。嚴重的的時候,還可能造成中高緯度地區輸電線路中斷,造成大停電。不過太陽活動極大期的來臨,也表示我們可以用望遠鏡看到更多的太陽黑子,至於住在高緯地區的居民,也有更多的機會看到漂亮的極光活動。如果我們沒有時間,也沒有經費出國看極光,至少我們可以學一學如何利用望遠鏡觀察太陽黑子。小朋友千萬不要用眼睛直接透過望遠鏡去看太陽,眼睛會瞎掉。我們應該把望遠鏡的影像,投影在白紙上,就可以看到太陽黑子了。太陽黑子極大期,十一年才一次,未來這兩三年,太陽的黑子數目會越來越多。好好把握這個難得的機會吧。否則要等下一次,又要等上十一年。

對了,最近(民國八十九年九月底)在咱們台灣曾召開了一個研究太空天氣的中型國際會議。在會議中,一位艾倫博士的報告中指出,人造衛星最怕太空中的電磁擾動風暴造成人造衛星姿態錯誤(因為人造衛星多依據地球磁場方向來校正它的姿態),以致於太陽能源板,不再面對太陽,無法繼續充電。等到備用電源耗盡,就算電磁擾動風暴過去了,地面再送指令矯正衛星姿態,衛星也已壽終正寢,無法回應地面的指令了。然而就算人造衛星的運氣好一點,備用電源沒用完,每一次收到矯正姿態的指令,人造衛星都要耗費許多燃料來完成姿態矯正的動作,不久之後,就沒有足夠的燃料,用來修正其他日常因素所造成的衛星姿態或軌道的偏差。因此這顆人造衛星還是會提早壽終正寢的!

註:太陽所發出的X光以及紫外光,對人體都會造成輻射傷害。好在地球大氣層中有個電離層幫我們吸收X光,又有個臭氧層幫我們吸收紫外光。只是輻射傷害沒有了,但是科學家也就無法在地面上清楚的觀測太陽以及其他星星所發出來的X光以及紫外光了。為了解決這個問題,科學就必須把這些特殊的望遠鏡放到人造衛星上,以便看清楚太陽以及其他星星所放出來的紫外光以及X光,進而研究這些光源所顯示出的各種物理特性。



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附圖一、太陽黑子數目的多寡,以及太陽黑子隨緯度的分布,都呈現約十一年的變化。
由此圖,我們可以看出,太陽黑子的下一個極大期,又快來臨了。

附圖二、日蝕的時候太陽四周日冕雲氣的長樣,隨著太陽黑子數目的多寡(也就是太陽活動的強度大小)而不同。太陽活動期,太陽四周日冕雲氣分布均勻。太陽寧靜期,太陽四周日冕雲氣分布不均勻。缺乏日冕雲氣的部分,科學家稱它為「日冕洞」。

附圖三、太陽與日磁層觀測(SOHO)人造衛星以紫外光所拍攝到的三張太陽照片。照片中可以清楚的看見太陽表面游離態的氣體,在磁場中運動的情形。很明顯的,太陽的電磁場在過去這三年中,已經變得愈來愈活躍了。太陽活動的極大期,又快來臨了。好戲又要登場嘍。