来源:2017 年 9 月 6 日 X9.3 太阳耀斑 地区:地球日 持续时间:几分钟 影响:具有 30 海里左右强 EUV 成分的太阳耀斑会严重影响用于航空、海上导航等的 GNSS 定位服务。所有可见的 GNSS 卫星系统都受到类似影响,包括 GPS、GLONASS 和伽利略。
当太阳磁场线过度扭曲并像橡皮筋一样断裂时,就会发生太阳风暴。当太阳磁场线断裂时,会释放出带有磁场的等离子体(称为日冕物质抛射 (CME))或电磁辐射(称为太阳耀斑)。如果日冕物质抛射和太阳耀斑到达地球,它们将与地球的电离层和磁层相互作用,从而影响地球和轨道上的技术。日冕物质抛射和太阳耀斑会在电网中产生破坏性电流,增加大气对卫星的阻力,从而导致卫星碰撞,干扰全球定位系统 (GPS) 和高频 (HF) 无线电信号,并产生可能损害人类 DNA 和卫星电子设备的辐射。由于关键基础设施和功能依赖于这些技术,因此太阳风暴对技术的影响令人十分担忧。总的来说,电网服务中断、卫星损坏、GPS 和 HF 无线电通信中断以及太阳风暴造成的辐射暴露将对国家安全、经济和人类健康和安全造成严重后果。
这一年尤其特殊,因为在美国大陆可以观测到两次日食。2023 年 10 月 14 日,新墨西哥州白沙导弹靶场 (WSMR) 非常接近日环食路径的顶峰,而 2024 年 4 月 8 日,弗吉尼亚州瓦洛普斯岛观测到近 80% 的日全食。六枚 Terrier-Black Brant 火箭被发射,用于研究日食期间的电离层,每个位置发射三枚。安柏瑞德航空大学的 Barjatya 博士是首席研究员,所有运载工具和有效载荷均表现正常。为了实现多点测量,有效载荷使用了最近开发且符合飞行要求的可弹射子有效载荷。探空火箭计划的首项任务是 2024 年春季在阿拉斯加州 Poker Flat 研究靶场 (PFRR) 进行的太阳耀斑活动。两个有效载荷,之前都用于不同的研究,聚焦光学 X 射线太阳成像仪 (FOXSI) 4 和高分辨率日冕成像仪耀斑 (Hi-C Flare) 已准备就绪,以应对太阳耀斑事件。PFRR 延长了发射窗口,每天都有发射机会。科学家使用 GOES X 射线数据监测太阳活动,并能够在 M 级耀斑期间发射。该活动的目标是获取太阳耀斑的多尺度、多波长观测数据,并为验证耀斑优化仪器提供可能性。
这种空间辐射 - 传感器技术提供了弹性的检测和表征太空天气危害,例如太阳耀斑。到达数据应用于分析电流和预测的太空天气现象,并确定带电颗粒在上层大气化学中的作用以及Van Allen辐射带的动力学。数据的应用包括监视高纬度的飞机的辐射环境以及地球轨道中的船员任务。
太阳高能粒子 (SEP) 是空间天气中最危险的事件之一。在过去的几十年中,人们开发了各种各样的技术来预测 SEP 的发生,这些技术主要基于 > 10 MeV 质子通量与某些前兆(例如太阳耀斑、日冕物质抛射等)之间的统计关联。在本文中,我们将重点介绍太阳质子事件实时警报 (ESPERTA) 的经验模型,该模型通过考虑三个输入参数来预测≥ M2 太阳耀斑发生后的 SEP 事件:耀斑源区经度、软 X 射线通量和 ∼ 1 MHz 的射电通量。在这里,我们在监督学习框架中重塑了 ESPERTA 模型,并对预测模型进行了交叉验证,同时还应用了罕见事件校正(即数据过采样和损失函数加权),因为 SEP 的发生具有高度不平衡性。使用合成少数过采样技术可获得最佳性能,检测概率为 0.83,误报率 (FAR) 为 0.39。尽管如此,与不平衡情况相比,验证分数的改善很小。SEP 预测的相关 FAR 是样本基率的自然结果。总之,我们给出的证据表明,预测 SEP 事件的统计方法应考虑以下因素:1) 需要根据 SEP 事件的预期发生情况校准模型,2) 决策阈值强烈影响模型性能,3) 模型中使用的特征,如果单独考虑,则无法完全分离参数空间中的事件类别,因此使用处理不平衡问题的技术并不能保证更好的性能。
太阳高能粒子 (SEP) 是空间天气中最危险的事件之一。在过去的几十年中,已经开发出多种技术来预测 SEP 的发生,主要基于 > 10 MeV 质子通量与某些前兆(例如太阳耀斑、日冕物质抛射等)之间的统计关联。在本文中,我们重点关注太阳质子事件实时警报 (ESPERTA) 的经验模型,该模型通过考虑三个输入参数来预测≥ M2 太阳耀斑发生后的 SEP 事件:耀斑源区经度、软 X 射线通量和 ∼ 1 MHz 的射电通量。在这里,我们在监督学习框架中重塑了 ESPERTA 模型,并对预测模型进行了交叉验证,同时应用了罕见事件校正(即数据过采样和损失函数加权),因为 SEP 发生的高度不平衡性。使用合成少数过采样技术可获得最佳性能,检测概率为 0.83,误报率 (FAR) 为 0.39。尽管如此,与不平衡情况相比,验证分数的改善很小。SEP 预测的相关 FAR 是样本基准率的自然结果。综上所述,我们给出的证据表明,预测 SEP 事件的统计方法应考虑以下因素:1) 需要根据 SEP 事件的预期发生情况校准模型,2) 决策阈值对模型性能有很强的影响,3) 模型中使用的特征,如果单独考虑,无法完全区分参数空间中的事件类别,因此使用处理不平衡问题的技术并不能保证更好的性能。
太阳在爆炸性太阳活动中释放了大量能量,例如太阳耀斑和冠状质量弹出(Webb和Howard,2012; Aschwanden等,2017; Benz,2017)。太阳能电晕可以加热到数百万度,大量带电的颗粒几乎可以加速到光速(Desai和Giacalone,2016年; Reames,2017)。加热的等离子体和高能量颗粒会在整个电磁频谱中增加太阳辐射,从无线电到伽马射线波长,这可能会在大约8分钟后立即对地球上层大气产生深远的影响。这些在地球上层大气中产生了额外的电离和加热,导致无线电停电,GNSS信号干扰和跟踪损失,航天器上的阻力增加,影响全球电路(GEC)以及许多其他现象(Botermer和Daglis,2007年; Buzulukova和buzulukova; Buzulukova and tsurutani; buzulukova and tsurutani; tsurutani; tasurutani; tacz22222;最近的研究表明,太阳耀斑效应可以通过电动力耦合扩展到地球的磁层(Liu等,2021; Liu等,2024)。当高能颗粒通过星际介质传播并到达地球附近(称为太阳能粒子(SEP)事件)时,它们可以对太空中的宇航员和航天器电子构成危险的辐射威胁(Vainio等人(Vainio等人,2009年,2009年; Shea and Smart,2012年)。该研究主题旨在在太阳及其地理上的后果上收集有关高能过程的科学贡献。本电子书中包含了八篇研究文章和一项综述,重点是太阳耀斑的多波长观察,加速度和能量颗粒的运输以及太阳喷发对耦合的磁层 - 离子层 - 热层 - 热层系统的影响。
太阳活动导致行星际和地球空间的辐射和等离子体环境发生快速变化。这些变化发生在几分钟和几小时的时间尺度上,与太阳耀斑和日冕物质抛射 (CME) 有关,随着太阳上复杂的磁性特征(如活动区和冕洞)在太阳圆面上旋转,变化持续时间从几天到几天不等。这些现象导致高能(极紫外 [EUV],尤其是 X 射线和伽马射线)光子和高能(通常是相对论性粒子)(电子、质子、阿尔法粒子和更重的离子)在行星际空间中流动的通量增加几个数量级。这些增强的光子和粒子通量对太空中的人类和电子设备构成直接风险。行星际磁场中辐射的增加和相关的传播扰动(例如来自 CME 或所谓的“同向旋转”
当飓风等灾难来袭时,通信至关重要。2017 年 9 月 6 日,当波多黎各准备迎接飓风伊尔玛的冲击时,太阳活动引发了一次重大日冕物质抛射——这是近十年来卫星探测到的最大太阳耀斑。随后的无线电中断中断了高频地面通信和航空系统,而此时紧急需求至关重要。此次中断导致当天上午大部分时间和下午早些时候几乎完全中断通信。法国民航局官员报告称,在停电期间,他们与该地区的一架飞机失去联系长达 90 分钟。在这种情况下,SWO 和 SWPC 的数据和警报为应急响应小组提供了有关潜在空间天气影响的信息。这使团队有时间保护他们的通信设备,切换到备用通信频道以保持联系,并向公众发送紧急广播以拯救生命和保护财产。