解讀空間天氣網(wǎng)站

□ 夏 寒

解讀空間天氣網(wǎng)站

□ 夏 寒

空間天氣網(wǎng)站

（www.spaceweather.com)

是關(guān)于日地空間環(huán)境的網(wǎng)站，這里發(fā)布最新關(guān)于太陽(yáng)、地球，以及日地空間事件的新聞，展示關(guān)于太陽(yáng)、太陽(yáng)活動(dòng)、地球狀況和日地空間環(huán)境的相關(guān)資料，關(guān)注太陽(yáng)及日地空間環(huán)境的天文愛好者是這里的常客。不過，網(wǎng)站介紹的各種資料具有一定的專業(yè)性，且是英文網(wǎng)站，對(duì)于非專業(yè)人士來(lái)說(shuō)，看懂網(wǎng)站并不容易。為此，這里對(duì)該網(wǎng)站給予簡(jiǎn)要介紹，介紹內(nèi)容主要包括太陽(yáng)活動(dòng)與地球磁場(chǎng)的相關(guān)信息。

01 太陽(yáng)風(fēng)（Solar wind）

太陽(yáng)高層大氣日冕中主要包含電子和質(zhì)子，它們具有極高的動(dòng)能和溫度，可以擺脫太陽(yáng)引力的作用，像風(fēng)一樣吹向行星際空間，稱為太陽(yáng)風(fēng)。太陽(yáng)風(fēng)物質(zhì)（等離子體）的溫度、密度及速度隨時(shí)間和太陽(yáng)經(jīng)度不同而變化。太陽(yáng)風(fēng)的速度一般在350～750Km/sec之間。

該網(wǎng)站首頁(yè)左側(cè)的日地空間資料，第一項(xiàng)便是太陽(yáng)風(fēng)數(shù)據(jù)。這里只有兩個(gè)數(shù)據(jù)，一個(gè)是太陽(yáng)風(fēng)速度（speed），另一個(gè)是質(zhì)子密度（density）。2014年4月23日0847UT的這兩個(gè)量的數(shù)值分別為：504.7km/sec，3.0 protons/cm3。如果你想查看數(shù)據(jù)來(lái)源，可以點(diǎn)擊單詞explanation，如果想查看更多數(shù)據(jù)，可以點(diǎn)擊more data。這里的數(shù)據(jù)來(lái)自位于拉格朗日點(diǎn)L1的高新化學(xué)組成探測(cè)器，由美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局的空間環(huán)境中心發(fā)布。

02 X射線耀斑（X-ray Solar Flares）

太陽(yáng)耀斑是短時(shí)間內(nèi)太陽(yáng)大氣局部區(qū)域磁場(chǎng)能量的劇烈釋放，此時(shí)太陽(yáng)耀斑區(qū)域的電磁輻射增強(qiáng)，也可能伴隨著發(fā)射出大量帶電粒子。太陽(yáng)耀斑發(fā)生時(shí)，電磁輻射的增強(qiáng)往往涵蓋整個(gè)電磁波段，即射電波段、紅外波段、可見光波段、紫外波段、X射線、甚至γ射線。目前，太陽(yáng)物理學(xué)家一般采用在1～8埃的X射線波段的輻射強(qiáng)度來(lái)區(qū)分耀斑的強(qiáng)弱，將耀斑分為四類，即B類（B-class）、C類（C-class）、M類（M-class）和X類（X-class）耀斑，具體分類標(biāo)準(zhǔn)見右表。其中，每一類又被分為9類，分別為X1至X9、M1至M9、C1至C9。

這里給出之前6個(gè)小時(shí)和之前24個(gè)小時(shí)最大X射線耀斑的具體種類和發(fā)生時(shí)間，如果想知道更多情況，可以點(diǎn)擊這里的explanation（解釋） 和 more data（更多數(shù)據(jù)）兩個(gè)按鈕。

類別1～8埃X射線輻射強(qiáng)度峰值（w / m2）B I＜1 0-6C 1 0-6≤I＜1 0-5M 1 0-5≤I＜1 0-4X I≥1 0-4

03 每日太陽(yáng)光球圖片（Daily Sun）

空間天氣網(wǎng)站每天給出前一天的太陽(yáng)光球照片，圖片來(lái)自空間望遠(yuǎn)鏡：太陽(yáng)動(dòng)力學(xué)天文臺(tái)（SDO）。因?yàn)樘?yáng)光球的主要活動(dòng)特征是太陽(yáng)黑子，所以這張圖片就是當(dāng)日太陽(yáng)表面黑子群的多少和分布情況。圖下方一般還會(huì)對(duì)黑子情況給出簡(jiǎn)短說(shuō)明，例如：2014年4月22日，太陽(yáng)光球上的黑子群AR2034、AR2035和AR2036的磁場(chǎng)特征為β-γ類型，預(yù)示著這里很可能爆發(fā)M級(jí)別的耀斑。AR2034、AR2035和AR2036是活動(dòng)區(qū)或者黑子群的編號(hào)。

04 太陽(yáng)黑子數(shù)（Sunspot number）

在太陽(yáng)光球黑子圖片的下方，是太陽(yáng)黑子數(shù)和太陽(yáng)近幾年內(nèi)無(wú)黑子天數(shù)的情況介紹。太陽(yáng)黑子是太陽(yáng)活動(dòng)的主要表現(xiàn)之一，觀測(cè)它最容易，對(duì)于巨大的黑子，無(wú)需用望遠(yuǎn)鏡。早在我國(guó)漢朝就有黑子的觀測(cè)記錄。但是，不同的人，使用不同的望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)太陽(yáng)，觀測(cè)到的太陽(yáng)黑子數(shù)往往不同。假如，用口徑幾厘米的小望遠(yuǎn)鏡，在太陽(yáng)表面可以觀測(cè)到幾個(gè)黑子，采用專業(yè)望遠(yuǎn)鏡則可能觀測(cè)到十幾個(gè)太陽(yáng)黑子，而高級(jí)的空間太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡，則會(huì)觀測(cè)到幾十個(gè)太陽(yáng)黑子。

為了客觀反映太陽(yáng)上黑子的多少，1848年，瑞士天文學(xué)家沃爾夫（Rudolph Wolf）提出了一個(gè)計(jì)算太陽(yáng)黑子數(shù)的辦法，即R=k(10g+s），其中g(shù)是某觀測(cè)設(shè)備當(dāng)天觀測(cè)到的太陽(yáng)上黑子群數(shù)，s為該設(shè)備觀測(cè)到的太陽(yáng)上單個(gè)黑子的個(gè)數(shù)，k為不同地點(diǎn)、不同觀測(cè)者、不同觀測(cè)設(shè)備的換算因子，k值往往通過比較確定。由此公式計(jì)算出的R值稱為黑子沃爾夫數(shù)，或黑子相對(duì)數(shù)。它是不依賴于觀測(cè)地點(diǎn)、觀測(cè)設(shè)備和觀測(cè)者的客觀值。該值越大表示太陽(yáng)活動(dòng)水平越高。左圖顯示：2014年4月22日，太陽(yáng)黑子數(shù)為136。

空間天氣網(wǎng)站發(fā)布的太陽(yáng)黑子數(shù)是美國(guó)海洋和大氣管理局空間環(huán)境中心計(jì)算得出的，被稱為波爾多太陽(yáng)黑子數(shù)（Boulder Sunspot Number）。

隨后介紹自2009年到目前太陽(yáng)表面不存在黑子的天數(shù)，自2014年元月1日到目前，太陽(yáng)表面不存在黑子的天數(shù)為零，即每天太陽(yáng)表面都有黑子。2009年一年中有260天表面無(wú)黑子，占總天數(shù)的71%，說(shuō)明2009年太陽(yáng)活動(dòng)水平非常低。

05 太陽(yáng)射電輻射情況（The Radio Sun)

天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，太陽(yáng)在10.7厘米波長(zhǎng)處的射電輻射，同太陽(yáng)表面黑子數(shù)相關(guān)性很強(qiáng)。也就是說(shuō)，太陽(yáng)射電的10厘米（通常將10.7厘米說(shuō)成10厘米）輻射流量也是反映太陽(yáng)活動(dòng)強(qiáng)弱的指標(biāo)。由于測(cè)量太陽(yáng)射電輻射簡(jiǎn)單易行，因此在許多場(chǎng)合采用10厘米太陽(yáng)射電輻射表示太陽(yáng)活動(dòng)的強(qiáng)弱。上圖中表示：2014年4月23日，10厘米太陽(yáng)射電輻射流量值為145 sfu（ sfu solar flux unit，太陽(yáng)射電輻射流量單位）。

06 目前可能發(fā)生極光現(xiàn)象的橢圓形區(qū)域（Current Auroral Oval)

這里給出地球北極和南極地區(qū)可能發(fā)生極光現(xiàn)象的橢圓形區(qū)域圖。這里共有四個(gè)圖片，點(diǎn)擊不同按鈕（Europe歐洲，USA美國(guó)，New Zealand新西蘭，Antarctica南極洲）可以轉(zhuǎn)向不同圖片，四個(gè)圖片中分別包括北極-美國(guó)、北極-歐洲、南極-新西蘭、南極洲。從圖中可以看出在哪些地區(qū)可以觀測(cè)到極光現(xiàn)象。圖片由美國(guó)海洋和大氣管理局的POES衛(wèi)星提供。

07 行星的K指數(shù)（Planetary K-index）和行星際磁場(chǎng)（Interplanetary Mag. Field）

太陽(yáng)風(fēng)將太陽(yáng)物質(zhì)和磁云吹向行星際空間，地球同樣受到太陽(yáng)風(fēng)的影響。當(dāng)太陽(yáng)發(fā)生劇烈活動(dòng)現(xiàn)象時(shí)，日冕物質(zhì)拋射和太陽(yáng)風(fēng)高速物質(zhì)流對(duì)地球磁層產(chǎn)生劇烈作用。此時(shí)，地球磁場(chǎng)發(fā)生擾動(dòng)現(xiàn)象。K指數(shù)（K-index）用來(lái)定量描述地球磁場(chǎng)水平分量的擾動(dòng)程度，它的數(shù)值為0～9，K=1表示地球磁場(chǎng)處于寧?kù)o狀態(tài)，K≥5預(yù)示著地球磁場(chǎng)處于劇烈的擾動(dòng)狀態(tài)。官方公布的Kp指數(shù)（Kp index）是通過加權(quán)平均多個(gè)地磁觀測(cè)站的K指數(shù)（K-index）得出的。Kp指數(shù)越大，極光橢圓的范圍就越大，也就是極光向地球中低緯度地區(qū)延伸得越遠(yuǎn)。

太陽(yáng)是一個(gè)具有磁場(chǎng)的恒星，由于太陽(yáng)風(fēng)的作用，將太陽(yáng)磁場(chǎng)帶到行星際空間，除了自身的磁場(chǎng)外，地球附近也存在來(lái)自太陽(yáng)的行星際磁場(chǎng)。空間天氣網(wǎng)站給出了地球附近行星際磁場(chǎng)的兩個(gè)數(shù)值，單位nT為納特斯拉，一個(gè)是總磁場(chǎng)Btotal，一個(gè)是行星際磁場(chǎng)的Z分量Bz的大小和方向。Bz的方向指向北時(shí)，地球磁場(chǎng)處于穩(wěn)定狀態(tài)；Bz的方向指向南時(shí)，說(shuō)明地球磁場(chǎng)處于擾動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)可能會(huì)有大范圍的極光發(fā)生。

08 太陽(yáng)上的冕洞（Coronal Holes）

空間天氣網(wǎng)站每天為公眾提供一幅太陽(yáng)日冕圖片，圖片來(lái)自美國(guó)宇航局（NASA）的太陽(yáng)動(dòng)力學(xué)天文臺(tái)（SDO），拍攝圖片的波段為紫外193埃，具體設(shè)備為太陽(yáng)大氣成像裝置（AIA）。此圖片反映當(dāng)日的太陽(yáng)日冕結(jié)構(gòu)，這里主要關(guān)注的是冕洞的情況，如有無(wú)冕洞？冕洞有幾個(gè)？冕洞有多大？

通過空間望遠(yuǎn)鏡，用遠(yuǎn)紫外波段的譜線或軟X射線的成像觀測(cè)，在獲得的全日面日冕圖片上，往往可以看到一些幾乎黑暗的區(qū)域，這些區(qū)域被稱為冕洞。一般來(lái)講，這里的電子密度很低，大尺度磁場(chǎng)向外是開放的，它們往往是高速太陽(yáng)風(fēng)的源區(qū)。因此，冕洞的有無(wú)及冕洞的多寡往往與地磁擾動(dòng)和極光現(xiàn)象關(guān)系密切。

09 地球北極附近的夜光云（Noctilucent Clouds）

空間天氣網(wǎng)站還提供一個(gè)北極及附近地區(qū)夜光云（Noctilucent Clouds）的圖片，圖片來(lái)自美國(guó)宇航局的空間飛行器“地球大氣中間層中冰的天體大氣學(xué)（The Aeronomy of Ice in the Mesosphere，AIM）”，圖片由美國(guó)科羅拉多大學(xué)大氣和空間物理實(shí)驗(yàn)室根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)制作。夜光云是太陽(yáng)落山后地球大氣呈現(xiàn)出的一種光學(xué)現(xiàn)象。

10 美國(guó)宇航局的空間天氣預(yù)報(bào)（Space Weather NOAA Forecasts）

美國(guó)宇航局提供的空間天氣預(yù)報(bào)主要包括兩方面的內(nèi)容，其一是關(guān)于X射線耀斑的預(yù)報(bào)，它當(dāng)日發(fā)布關(guān)于未來(lái)24小時(shí)和未來(lái)48小時(shí)M級(jí)和X級(jí)耀斑爆發(fā)的可能性，以百分?jǐn)?shù)表示發(fā)生幾率。

預(yù)報(bào)內(nèi)容之二是三種不同程度的地磁暴（Geomagnetic Storms）爆發(fā)的概率，預(yù)報(bào)未來(lái)24小時(shí)和48小時(shí)的情況，分為中緯度（Midlatitudes）和高緯度（High latitudes）兩種情形。地磁暴的三種不同類型分別為地磁活躍（Active）、小地磁暴（Minor）和嚴(yán)重地磁暴（Severe）。地磁暴是指在太陽(yáng)風(fēng)物質(zhì)和太陽(yáng)風(fēng)磁場(chǎng)的作用下，地球磁場(chǎng)發(fā)生的暫時(shí)擾動(dòng)現(xiàn)象。它們與極光現(xiàn)象密切相關(guān)。

（責(zé)任編輯 蘇晨）