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空间环境效应

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一、通讯系统

  许多通讯系统利用电离层反射电波信号进行远距离信息传播。电离层暴能在所有纬度影响电波传播。有些频率的电波被吸收、有些被反射,从而导致信号快速波动和传播方向被改变。电视和商用电波站很少受到太阳活动的影响,但是地对空、船对岸、美国之音、欧洲自由之声和业余电台经常会遭到破坏。高频电波操作者需要通过收听、收看太阳和地磁警报来保证他们的通讯正常运行。
  一些××探测仪和早期预警系统也会受到太阳活动的影响。超视距雷达通过电离层反弹回来的信号来监视远航天器和导弹的发射。在磁暴期间,该系统由于电波骚扰而受到严重的妨碍。有些潜水艇系统利用海底的磁信号作为他们定位系统的一个输入参数。地磁暴会掩盖和扭曲这些信号。
  美国联邦航空局定期接收太阳爆发的警报,这样他们就可以在一些不必要的维护之前确定、识别传播问题。当一个航天器和一个地面台站与太阳在一条直线上时,由机控制的电波频率就会出现干扰。这也可以发生在地面台站、卫星太阳在一条直线上的情形。

二、导航系统

  对于象罗兰远程导航系统(LORAN)和奥米加导航系统(OMEGA),当太阳活动改变了它们的电波波长时系统会受到逆向影响。OMEGA系统包括八个分布在世界各地的信号发射站。机和船利用这些信号发射站发射的甚低的频率信号来确定它们的位置。在太阳事件和地磁暴发生期间,该系统给航海家们提供的信息会有几英里的误差。如果航海家在质子事件或地磁暴正在发生期间收到警报,他们就可以切换到一个备份系统。当太阳活动引起电离层密度突然变化时,GPS信号也会受到影响。

三、卫星

  地磁暴和增强的太阳紫外辐射加热地球高层大气,从而引起大气的膨胀。被加热的空气上升,使得卫星轨道(1000公里)大气密度显著增加。这个结果使得卫星空间中的拖曳力增强,从而导致运动变慢、轨道轻微地变化。除非定期将卫星向较高轨道推进一点,否则它们将缓慢坠落,最终在地球的大气层中燃烧。
  天空实验室就是一个事例,由于没有充分考虑到太阳活动的影响,而过早地回落到地球大气层。在1989年3月的大地磁暴期间,美国海军的四个航海卫星在一个多星期的时间里中断了服务。
  科技的发展使得船的各部分有可能象小型化发展。而小型化的系统更容易受到太阳能量粒子的袭击。这些粒子能够引起芯片物理损坏,也可以改变卫星上电脑的命令。
  表面充电:卫星操作员遇到的另一个问题是表面充电。在磁暴期间,电子离子的数量和能量都增加了。当卫星穿过这些高能量环境时,充电粒子撞击船,从而船的不同部分形成不同的充电状态。最后在船的不同组成部分间形成弧放电,从而损害这些部件甚至使它们完全报废。
  内部充电:当能量粒子(主要是电子)穿透一个卫星的外壳,在内部某部分积累一定电荷时,就会发生整体充电(也叫深层充电)。当任何一个组件上电荷积累到一定程度,它都要试图通过与其他部件放电而达到控制。这种放电对卫星上的电子系统是一种潜在的危险。

四、辐射对人类的危害

  特大耀斑所释放的高能量的粒子的危害就象核爆中低能辐射对的伤害。地球的大气层和磁层对地面上的人们可以起到足够的保护,但是对于太空中的宇航员来说,存在具有潜在致命辐射剂量的问题。标准辐射剂量的高能粒子穿透到生物细胞中,可以导致染色体损伤和癌症的潜在危险。大剂量可以导致立即死亡。能量大于30MeV的太阳质子最具危害性。1989年10月,太阳产生了充足的能量粒子,这时如果在月球上的宇航员只穿了一件太空服而受到爆发的袭击,就有可能死亡(宇航员如果有时间月球地表下的掩体内获取一定的保护装置,则可能只吸收少量的辐射)。
  太阳质子事件也可能对跨越极尖区在高纬地区行的超音速机造成严重的辐射。为了把这种危险减低到最小,美国联邦航空局定期发布常规预报和警报,这样有潜在危险的航班可以采取改变路线或降低高度的方法来减少辐射暴露危险。

五、地质勘探

  地球也常常被地质学家用来确定地下岩石结构。其中主要的一种是用来勘探石油、天然气和矿物储备。这种勘探任务只有当地球平静能够测到真实的磁时才能完成。另外一些勘探员更愿意在磁暴期间工作。当磁暴发生时,地球表面下电流的变化能够帮助他们判断地下油和矿物结构。正是由于这个原因,许多勘探员根据地磁警报和预报来安排他们的勘探计划。


六、电力系统

  当磁在象线圈这样的导体附近移动时,在导体内就会产生感应电流。当磁暴发生时,这种感应电流会相当强。电力公司通过很长的导线将交流电传送给用户。这种由磁暴在电线中感应的直流电对输电设备的危害是非常大的。1989年3月13日,在Montreal(蒙特利尔), Quebec(魁北克)地区由于一个巨大磁暴,六百万人的地区停电九个小时。在美国的东北部和瑞典的部分地区也出现了停电现象。通过接收地磁暴的警报和预报,电力公司可能尽量减少损害和电力损耗。


七、管道系统

  地磁的快速变化能在管道中产生感应电流。在这个时期,管道工程师会遇到一些新问题。管道中的流量表会显示错误的流量信息、管道折缝处的腐蚀程度明显增加。如果工程师不注意在磁暴期间区平衡流量,腐蚀程度会更加剧。管道工程师定期接收磁暴预报和警报,可以帮助他们提供有效和长寿命的系统。


八、气候

  太阳是驱动大气环流的热发动机。尽管长期以来我们假设它为一个定常的能源,然而最近的太阳常数测量显示太阳的基本输出量在一个太阳活动周(11年)内有20%的变化。曾经观测到下降最大可以达到50%。大气科学家指出这种变化是很重要的,而且随着时间的推移可能改变气候。树的年轮可以证明植物的生长也象太阳黑子数由11年的变化周期、太阳由22年的变化周期一样具有相同的周期性。
  近300年太阳活动很有规律,在17世纪到18世纪中的大概有70年的时间中可以看到的黑子数非常少。太阳黑子数的下降期正好与欧洲的小冰川年代相符,这意味着太阳与气候是相联系的。最近人们推测太阳活动变化与气候有更加直接的关系。在太阳活动周的不同时期,赤道附近同温层的风从不同的方向吹来。人们正在研究风的翻转如何影响全球环流模式和天气。
  在质子事件期间,更多的能量粒子到达地球中层大气。引起分子电离,产生破坏大气臭氧层的化学成分,结果使能够到达地球表面的有害的紫外辐射增强。1982年的一个质子事件曾经使大气中的臭氧浓度暂时下降70%。


九、生物

  变化的地磁能够影响生物体系。研究表明地磁的扰动会引起人体生物系统内的压力的变化。由于对该课题的兴趣和关注,美国国际无线电协会成立了一个新的委员会名叫生物医学中的电磁学。
  最贴切的太阳生物效应研究莫过于在地磁暴期间信鸽在方向辨别能力的下降。鸽子和其他迁徙行动物,如海豚和鲸鱼,多拥有内部生物罗盘。这种生物罗盘是由包裹在神经细胞中的矿物磁性物质形成。由于在磁暴期间,信鸽可能会失去辨别方向的能力,所以信鸽训练者也要了解地磁预报和警报作为安排比赛的辅助工具。

本文由奇点天文作者上传并发布,奇点天文仅提供文章投稿展示,文章仅代表作者个人观点,不代表奇点天文立场。

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  1. 星月瘦瘦

    正像新生的婴儿一样;科学的真理必将在斗争中不断发展;广泛传播;无往而不胜。

  2. 魔幻与小虾米

    我要把人生变成科学的梦;然后再把梦变成现实。

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    我要把人生变成科学的梦;然后再把梦变成现实。

  4. 桔梗

    青年的敏感和独创精神;一经与成熟科学家丰富的知识和经验相结合;就能相得益彰。

  5. 超帅笑发夹

    所有的科学都是错误先真理而生;错误在先比错误在后好。

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    智慧不属于恶毒的心灵;没有良心的科学只是灵魂的毁灭。

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  10. 舒适和枕头

    所有的科学都是错误先真理而生;错误在先比错误在后好。

  11. 香水伶俐

    你们在想要攀登到科学顶峰之前;务必把科学的初步知识研究透彻。还没有充分领会前面的东西时;就决不要动手搞往后的事情。

  12. 辉夜姬

    我之所以能在科学上成功;最重要的一点就是对科学的热爱;坚持长期探索。

  13. 桃桃酱

    一个人在科学探索的道路上走过弯路犯过错误并不是坏事;更不是什么耻辱;要在实践中勇于承认和改正错误。

  14. 奶喵九九酱

    没有时间思索的科学家;那是一个毫无指望的科学家;他如果不能改变自己的日常生活制度;挤出足够的时间去思索;那他是最好放弃科学。

  15. 小熊维尼

    任何人都承认实验是科学之母;这是确定不移的真理;谁也不会否认。

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