作者：李伯喬
隨著‘太陽極大期’(solar maximum)逐漸接近，以及新一代精簡但易受攻擊的衛星電子設備部署，太空氣象學專家們正加緊致力於避免太陽活動對於通訊、導航和其它重要網路造成破壞。
每一週期11年的最大太陽閃焰(solar flare)活動預計將在2013或2014年達到巔峰。其中最大的一次太陽閃焰將在明年3月衝擊地球。不過，根據美國太空總署(NASA)觀察家發表的報告認為，從這次太陽閃焰衝擊地球時的角度來看，對於電網和通訊的影響範圍有限。
當太陽開始向地球投射大量的高能量質子、離子、紫外線和其它高能粒子，讓安裝了緊密、低功耗電子設備的最新一代衛星將經歷如同浴火般的考驗。專家們指出，最根本的問題是用於製造低功耗太空元件的電介質材料可能會遭到太陽拋射的高能粒子滲透與破壞。
就以用於控制GPS導航系統的太空系統來說，如果未能加以適當保護，系統性能很可能在太陽風暴極盛時期開始劣化或無法提供服務。(太陽閃焰也會暫時增加低軌執行衛星的大氣阻力，NASA主管認為這將具有去除太空垃圾的好處，但壞處是會縮短正服役的衛星壽命。)
關注下一次太陽極大期對衛星電子設備造成衝擊的太空氣象學專家們正準備測量高度帶電的太空環境特性，同時測定下一波太空天氣對最新一代衛星的影響。
科羅拉多大學柏德分校太空天氣實驗室主任Daniel Baker警告道，“姑且不論好壞，但我們的太空系統多半使用商用元件而非防輻射的元件。因此，電子產業的這種變化趨勢讓我們在太空中面臨更大的危機。”
一個迫切的問題是太空電子設備容易受到‘深度電介質充電’的影響，此時地球磁氣圈中的高能電子會衝破保護層並滲透進電介質材料中。如果用於製造電子元件的電介質材料‘
會漏電’，那麼就會產生電荷堆積和放電現象，進而造成衛星損壞或失效。
使用更多更好的保護或Baker所謂‘強而有力的方法’，通常也無法奏效。相反地，他提倡太空船設計師必須儘早關注電介質材料的實體特性，這種方法可讓他們更明智地作出抉擇。設計師還必須考慮衛星電子設備中使用的電介質材料如何隨時間發生變化。
圖：NASA太陽動態觀測站擷取到這幅太陽磁場圖。日冕中的光環和活動區域與這些磁場結構有關。
圖：太陽動態觀測站的另外一張照片顯示一個局部日蝕──地球覆蓋了近一半的太陽。
圖：NASA在2010年發射太陽動態觀測站太空船，致力於研究太陽活動的起源及太陽閃焰對太空天氣的影響。
圖：從太陽噴射出的電漿以及影響太空天氣的高能粒子預計最早將於明年達到11年的極盛期。
在地球表面，設計用於增加電網智慧化的智慧電網也將受太空天氣效應的衝擊。正如最近發生在美國中西部和東部沿海區電力中斷一樣，電力遭到破壞可能帶來重大災難。智慧電網的破壞“可能對社會帶來真正的大災難”，Baker警告道，特別是像我們這樣四通八達的電網。
因此，Baker認為，經‘強化’的智慧電網可稱為太空天氣時代的‘模範生’。
事實上，我們對於網路的依賴程度越高，就越容易受太空天氣效應的影響。由Baker主導的太空天氣小組發表了一份2008年美國國家研究委員會報告中警告道，“鑒於現代社會中重要基礎設備的互連特性，惡劣的太空天氣影響不僅只是破壞現有的技術系統，還可能對社會經濟造成短期甚至長期的間接性破壞。”
因此，像美國國家海洋與大氣管理局等機構在其預測模型中也考慮了太空天氣效應。與此同時，包括Baker等科學家試圖在太陽極大期衝擊地球之前儘可能多地瞭解太空天氣的影響。為了達到這個目的，NASA在今年8月設立了一對太空探測器來研究太空天氣。
此外，像2010年發射的‘太陽動態觀測站’太空船以及像NASA的Sabre(使用寬頻輻射計的大氣探測)感測器等軌道執行儀器已經開始偵測與記錄一些影響太陽天氣的巨大閃焰，讓我們至少瞭解了一部份太陽的神秘之處。
雖然更好的太空天氣預測能帶來很大的幫助，但Baker認為最好的工程方法是找到可增強易受攻擊的太空系統和地面網路之道。“最好的辦法是讓自己免於受到太空天氣效應的影響，”他補充說，“我們正朝這方面繼續努力。”
有鑑於此，在今後18個月太陽活動越來越強烈的日子裡，設法加強未來衛星電子設備以及現有電網和其它重要的基礎設備將是準備工作的中心目標。
另一種方法是在FPGA設計基礎上開發具有自我修復能力的電腦，它能容忍更高強度的太空輻射、偵測故障，並在惡劣的太空天氣中保持正常運作。這些‘阻塞技術’也適用於保護地球上的電網及其它易受影響網路。這些強化元件的目的在於減少那些可能中斷導航衛星或破壞部份電網的單一事件故障發生。
雖然沒有人能確定，但太空天氣預測人士顯然十分擔心下一次太陽極大期的影響程度。因此更多的關注焦點將著重於促進太空天氣預測方面。NASA於8月30日發射的一對輻射帶風暴探測器代表在瞭解、準備與預防嚴酷的太空天氣方面的一項重大進展。
這兩顆衛星象徵NASA首次啟動專門用於研究地球范艾倫(Van Allen)輻射帶的任務。這一輻射帶是被地球磁場保持在一定位置的帶電粒子的分層環。
這些探測器將詳細測量范艾倫輻射帶以及太陽閃焰如何使其發生改變或影響地球大氣層的上面部份。“這些探測器收集的資訊將使公眾受益，讓我們更有效保護我們的衛星，以及瞭解太空天氣如何影響地球上的通訊和技術，”NASA科學計劃指揮中心副署長John Grunsfeld表示。
同樣地，在太陽極大期最早於明年到達地球之際，身邊最好隨時準備著一把傘。
发表于 2012-11-8 11:14:47
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