2018年太空中發生了這麼多關乎全人類的事件，你怎麼能不知道_風聞

來源：微信公眾號“科學大院” 作者：劉方華

太空，是人造地球衞星、飛船、航天飛機、空間站等航天器的飛行區域，是人類開發和利用太空資源的主要活動領域，也是危害人類活動與生存環境的空間環境災害事件的直接發生地。

空間環境災害性的變化來自於太陽，也就是太陽風暴。災害性的空間天氣會對航天系統、無線電鏈路系統、電力和能源系統以及軍事系統產生嚴重影響，還會對地面天氣和氣候系統產生較明顯的影響。而空間環境研究的主要內容是對太陽活動和其近地區域及其系統造成的影響進行研究。

2018年，太陽活動水平仍是穩中有降，鮮有爆發活動發生。冕洞仍是地磁活動擾動的主要源頭，但是威力卻大大減小。高能電子暴依然獨佔鰲頭，頻繁發生。下面我們就一起回顧這一年波瀾不驚的空間環境……

平靜的太陽：全年224天沒有黑子

2018年，太陽活動整體水平完美扮演着第24太陽活動周下降段的角色，從年頭至年尾，穩步而緩慢地下降着。圖1是我們利用相似周方法給出的24周的太陽活動預報結果，2018年處於太陽活動周的下降段，預計本太陽活動周將在2019-2020年結束，還有1-2年的時間。

圖1  第24活動周F10.7平滑月均值的實測與預報值

從2018年1月到12月，太陽黑子月均值有升有降，除2月、5月和6月超過10以外，其餘月份均在個位數，7月份，太陽黑子數月均值只有0.4。太陽F10.7月均值已下降至70SFU（SFU，Solar Flux Units，太陽通量單位）。

太陽黑子數和F10.7年均值相比較於2017年，都有明顯的下降，分別為6.4和70.0sfu，相對2017年分別下降了67%和9.3%（表1）。

隨着太陽活動水平的降低，日面上活動區個數大大減少，無黑子日持續出現，相應的太陽爆發活動變得稀少。全年日面上出現的活動區個數僅為37個，比2017年減少了46%；2018年無黑子日為224天，一年中有近三分之二的時間裏太陽上沒有黑子出現。

由於太陽黑子是太陽爆發活動的源頭，太陽黑子的減少，自然意味着太陽耀斑等爆發活動的減少。2018年僅僅產生了13個C級耀斑，沒有M級耀斑產生，更沒有X級耀斑產生（表1）。2018年也沒有觀測到太陽質子事件（圖2）。

圖2  2018年的太陽X射線流量與質子流量（GOES衞星觀測）

波瀾不驚的一年，符合我們的預期，沒有驚喜，更沒有意外。

圖3  太陽爆發活動比較

地磁活動：偃旗息鼓

在太陽的帶動下，2018年的地磁活動水平表現同樣波瀾不驚。從地磁活動標識的多個指標看，地磁活動比2017年明顯下降（表2）。

從2018年1月到12月，地磁Ap指數月均值除了8月和9月超過10以外，其餘月份均在6-8之間波動。

地磁Ap指數年均值僅為7.8，比2017年低了32%。

而Ap≥15的天數僅為38天，比2017年少了50天。

2018年地磁暴級別較弱，以中小地磁暴為主（表5），全年發生小地磁暴（Kp=5）的天數為24天，中等地磁暴（Kp=6）的天數為6天，僅有1天發生了大地磁暴（Kp=7、8）。

圖4 2018年地磁Kp指數與Ap指數

為什麼今年的地磁如此之弱，是不是隨着太陽活動的下降就此走向沒落？我們知道，影響地磁活動的源頭主要是冕洞和日冕物質拋射（CME），2018年的太陽活動非常微弱，沒有大的爆發活動，於是冕洞就成了引起地磁擾動的主要源頭，所以一整年的地磁擾動都比較微弱，但是很小的一次爆發活動也能引起較強的地磁擾動，2018年發生的唯一的大地磁暴事件就是由一次弱CME和冕洞的共同作用引起的。後文我們將重點回顧一下這次大地磁暴事件。

衞星殺手高能電子暴：2018的強者

2018年，高能電子暴不斷髮生。全年共有89天發生小高能電子暴，13天發生中等高能電子暴，3天發生強高能電子暴，高能電子暴總天數達到了105天，接近全年總天數的30%。

圖5  2018年高能電子暴佔比

高能電子暴受太陽活動的調製，來自太陽的CME和冕洞高速流都能夠引發高能電子暴，統計上看，太陽活動的下降段和上升段，尤其是下降段，高能電子暴發生頻次比較高。

在這一年當中，曾經多次出現持續多天（最長持續時間12天）的高能電子暴。同時，出現了久違的強高能電子暴。2018年8月28-30日，地球同步軌道大於2MeV 高能電子日積分通量連續三天超過強高能電子暴事件閾值（3.0E+09 個/cm2·sr·day），達到紅色警報等級，高能電子日積分通量分別為3.5E+09個/cm2·sr·day、3.1E+09個/cm2·sr·day、3.2E+09個/cm2·sr·day。而上一次發生強高能電子暴事件還要追溯到2010年（2010年4月7日發生強高能電子暴，日積分通量為5.4E+09個/cm2·sr·day）。

高能電子暴發生在外輻射帶區域，運行在這一區域的衞星包括地球同步軌道衞星、中軌道導航衞星等。高能電子暴發生時，衞星軌道上激增的高能電子穿透衞星的表面屏蔽層，在衞星內部介質中沉積時，就會形成內部電場。當電荷所產生的內部電場超過介質的擊穿閾值，將產生靜電放電。靜電放電的脈衝可以形成偽信號，使衞星錯誤動作，從而引起故障；更嚴重的放電可造成電路擊穿，導致衞星失效。這種現象也被稱為深層充電效應。

**深層充電對導航衞星影響最大，其次是同步軌道衞星。**近年來，多顆衞星由於深層充電效應引發衞星故障和失效，造成了巨大的影響。1994年加拿大Telesat公司的Anik

E1和E2衞星相繼出現故障，罪魁禍首就是冕洞高速流引發的高能電子暴；1997年1月6-11日高能電子暴造成TELSTAR-401通訊衞星失效，損失高達7.12

億美元；1998年5月19日，高能電子暴導致GALAXY-4通訊衞星失效，它造成美國80％的尋呼業務的損失，無數的通訊中斷，並使金融交易陷入混亂。另外，Equator-S衞星於1998年5月1日受空間環境中高能電子通量升高的影響而失效。

2018年唯一的大地磁暴事件

在太陽活動下降年份，雖然日冕物質拋射日益少見，冕洞高速流卻是引發地磁擾動的主要源頭。而2018年的冕洞表現並不是那麼搶眼，太陽上發生的一次小小日冕物質拋射，就吸足了觀眾的眼球。

2018年8月20日（世界時），日面上爆發了一次並不起眼的弱CME（圖6），這個弱小的CME經過大約5天的長途奔襲，在8月25日到達地球附近，引起地磁強擾動。8月25～28日期間，地磁有6小時達到大磁暴水平，9小時達到中等地磁暴水平，12小時達到小磁暴水平，12小時達到活躍水平，26日Ap指數達到76，為2018年的最高值。地磁暴會使磁層的粒子沉降到地球大氣，引起大氣加熱，使高層大氣密度急劇增加，增大衞星的大氣阻力，影響衞星定軌和軌道壽命。

地磁暴過後，地球同步軌道大於2MeV高能電子通量在8月26～31日達到高能電子暴水平，其中28～30日達到強高能電子暴水平，為2010年4月發生的強高能電子暴以來的首次強高能電子暴（圖7）。

此次事件將2018年的地磁擾動推向了高潮，也讓人們看到了久違的強高能電子暴。預報中心針對這一事件，通過網站、微信公眾號、電話等渠道發佈預報、警報、通報和要聞等信息，讓公眾和各類衞星用户及時瞭解和掌握事件的進展，規避事件可能帶來的危害。

圖6 2018年8月21日STEREO A看到的日冕物質拋射

圖7 2018年8月26-30日發生地磁暴和強高能電子暴

2019會怎樣？

2018年，太陽活動整體水平繼續穩步緩慢地下降着，鮮有爆發活動發生。地磁活動整體水平則繼續下降；高能電子暴最為活躍，出現了久違的強高能電子暴。

展望2019年，隨着第24太陽活動周趨於末端，預計太陽的爆發活動將進一步減少，但並不能排除低年偶發的太陽活動爆發，冕洞引起的地磁暴和高能電子暴也還會發生。太陽並不會甘於寂寞，我們期待着與您一起關注！

作者單位：中國科學院國家空間科學中心