中国气象报记者 张静

对天文学家来说，太阳只是一颗普通的恒星。但它与地球如此贴近，与我们生活息息相关。随着人类科技活动的增加，太阳高能粒子对人类的影响越来越大。

“通过数学物理方法建立了一种新的解析方法，能够直接确定太阳高能粒子的平均自由程，进而实现太阳高能粒子通量和辐射强度空间分布的快速预测，在空间天气预报实践中具有应用价值。”中国科学院地质与地球物理研究所博士后何宏青说。

这是何宏青和其导师万卫星院士最近在国际期刊《天体物理学杂志》上发表的一篇文章中的重要成果。

太阳高能粒子 空间天气的“杀手”

“太阳高能粒子又称太阳宇宙线，是由太阳偶尔喷发出来的高能带电粒子，其能量最高可达十亿电子伏特量级。” 何宏青说，“对在太空中作业的宇航员和卫星上的电子元器件均构成严重甚至致命的危害，成为影响日地空间环境和空间天气的一个重要因素。”

卫星等航天器含有庞杂的系统，各系统包含大量的微电子器件和集成电路。如若太阳高能粒子击中航天器控制系统的电子器件，可形成错误指令，轻者出现异常，严重的会使卫星呈现混乱状态，威胁卫星的运行安全。

太阳高能粒子除了击中航天器外，其粒子通量大、能量高，产生的辐射损伤会对载人航天构成一定威胁，严重时会威胁到宇航员的生命。

“此外，太阳高能粒子事件还有间接效应，如粒子沉降可造成电离增加，引起对通信、测控、定位和导航的严重干扰。”何宏青表示。

2000年7月14日，由于太阳高能粒子的影响，美国太阳风观测卫星的探测数据出现中断，我国短波通信受到严重影响……

2003年10月28日，太阳高能粒子爆发，给我国短波通信造成了一定影响……

为减少和降低太阳高能粒子对人类空间探测活动和生产生活的影响，认识和了解太阳高能粒子在行星际空间中的传播过程和扩散机制十分重要，采取防护措施、对策和加强对其的预报是非常迫切的。

新方法为预报预测添动力

记者了解到，在空间天气的预报预测过程中，平均自由程是研究太阳高能粒子在日球层传播过程的一个非常重要的参数。“平均自由程常用来描述湍动磁场中高能带电粒子的扩散特性。” 何宏青说。

一般采用数值模拟的方法得到太阳高能粒子的平均自由程。“但是，该方法计算资源需求量大，速度慢，即使用超级计算机，也要计算几天甚至一周以上。”何宏青表示，即使最后成功预测到太阳高能粒子通量和辐射强度的空间分布，往往已造成卫星损坏或者宇航员受伤。

据悉，运用数学物理方法，何宏青和导师万卫星院士建立一个关于太阳高能粒子和行星际条件相关物理性质（粒子能量、空间位置、太阳风速、磁场强度及湍动强度等）的复合函数，所需各个物理参量都可由卫星观测数据直接得到。

“这样就能高效、直接地确定太阳高能粒子事件中，高能粒子的平行平均自由程和径向平均自由程，进而预测太阳高能粒子的传播过程和空间分布，在其到达前提前通知卫星管理部门，注意卫星运行姿态并做好防护措施。”何宏青表示。

该方法为预测和预报太阳高能粒子在行星际空间中的传播和演化过程提供了一种新的思路，在空间天气预报研究中将是一个非常有用的工具，有助于为卫星、飞船、空间站等航天器的安全运行提供可靠保障。

谈及下一步的研究计划，何宏青表示，太阳高能粒子预报是一项长期的工作，每一种新的方法都要在实践的检验中不断改进和完善，我们将把该方法植入实际的物理预报模式中，在一次次的预报实践中，不断提高我们对太阳高能粒子预测预报的能力。

（责任编辑：赖敏）

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