太陽天氣的增加會以多種方式影響地球上的生命，例如引起地磁暴。圖片來源：美國國家航空暨太空總署
今天，我們正處於 第25個太陽周期 的中間，該周期始於2019年，將持續到2030年，經歷太陽耀斑、日冕物質拋射和太陽風暴的周期性高潮和低谷，這些周期將在今年或明年達到頂峰——這使得這是投資太陽天氣監測能力的關鍵時期。
為什麽研究太陽活動很重要
毫不誇張地說，太陽耀斑及其可能引起的地磁風暴對每個人的生活都有重大影響。它們可能導致衛星執行故障，而這些衛星對於維護地球上的通訊和導航系統至關重要。它們還會損壞電網，導致大規模停電，並對太空人以及高空飛行的飛行員和乘客構成放射線風險。活躍的太陽周期增加了太陽耀斑的頻率和強度，並對受空間天氣影響的所有技術和服務構成危險。
對關鍵基礎設施的這種破壞對已開發國家的經濟來說可能代價非常高昂。太陽能活動導致的停電每年造成數百億美元的 損失 。嚴重地磁暴等空間天氣事件對全球經濟的潛在影響是巨大的，每天 可能造成 總計384億歐元（411億美元）的損失。這些損失中有一半以上是由與供應鏈中斷相關的間接成本造成的。太陽能事件造成的損害可能導致物流延誤、生產停工、營運成本增加、貨物短缺和國際貿易中的其他問題。
太陽天氣預報在安全有效的太空探索中也起著至關重要的作用。如果沒有準確的預測和預測分析，太空任務和所涉及的太空人將面臨暴露於放射線和裝置故障的風險。
現有解決方案和未來需求
到2024年，空間天氣監測和分析主要透過政府機構和科學組織進行。兩個主要的資訊提供者是美國國家海洋暨大氣總署和歐洲航天局。這些組織管理來自各種來源的數據，包括衛星任務和地面天文台，以建立太陽活動的全面圖景。
此外，這些組織經常使用基於歷史數據的經驗預測模型。這些模型有助於確定空間天氣現象的模式和相關性，然後可用於預測未來事件。然而，這些資訊並不總是準確或最新的，這大大降低了預測的相關性和效率。
1989 年 3 月，當現代空間天氣預報方法尚不可用時，由太陽耀斑引起的強大地磁風暴引發了加拿大電網的 大規模技術中斷 和中斷。魁北克省數以百萬計的居民和企業停電九個小時。同年8月的另一次太陽耀斑導致多倫多金融交易所停工三個小時。
缺乏有關空間天氣的資訊也會對衛星和其他空間系統造成重大損害。例如，2022 年 2 月的地磁風擾了 Starlink 的發射，導致該公司失去了 49 顆衛星中的 38 顆。Starlink 依靠 經驗模型來預測大氣狀況，但這些模型的數據不足，未能準確估計風暴期間大氣密度的增加。這導致了大於預期的大氣阻力，並導致衛星發生故障。
這些事件凸顯了開發高效系統的必要性，該系統能夠提供有關太陽天氣的準確和相關數據。與地球天氣不同，空間天氣是一種影響整個地球的全球現象。因此，高品質的預測需要收集和分析來自世界各地的數據，而這只能透過全球方法和全面的國際合作來實作。
要做到這一點，第一個基本步驟是建立一個單一的全球空間天氣數據儲存庫——數據湖。這將涉及從各種來源收集和儲存有關太陽活動的大量資訊，例如航天器、地面天文台和不同國家的研究中心。這將有助於避免數據碎片化，填補預報中的空白，並為需要它的每一個人提供對空間天氣狀況的全面了解。
發展太陽天氣監測和分析的另一個重要步驟是在空間基礎設施中整合創新解決方案。目前，有關空間天氣的大多數資訊來自大型政府系統和衛星組，它們提供具有大量時間延遲的零散數據。同時，維護這些系統對國民經濟來說是一個巨大的成本，並且涉及大量的官僚主義。這個問題可以透過引入發射到近地軌域的小型衛星組來解決。它們將作為昂貴的科學任務的可靠備份，並將大大簡化監測太陽天氣的過程並降低成本，確保連續的數據收集，並防止在主衛星發生故障時遺失有關宇宙放射線的關鍵資訊。今天，我們Mission Space正在積極致力於這一計劃，Spire Global和Millennium Space Systems的團隊也是如此。
安全和發現的新時代
空間天氣監測和分析不僅僅是一個科學研究的問題，這是一個可以改變人類在太空和地球上的未來的基本需求。這一領域的進步將為整個人類文明帶來許多新的機會。
近地空間以外的探險將變得更加安全和容易獲得 。準確的空間天氣預報將使航天機構能夠以最小的太空人和裝置風險規劃深空任務，為探索系外行星和小行星開辟道路，包括月球和火星的殖民化。 預計 到2030年，此類任務將成為一項常規活動。
將加強對地球基礎設施的保護。 透過了解太陽風暴何時以及如何影響我們的星球，我們將能夠防止可能使住宅區停電和供暖的停電，確保穩定的行動通訊和互聯網接入，並透過保護航班免受太陽風暴的放射線影響來確保安全的航空旅行。這將有助於人類保護自己免受輕微的不便和對健康和安全的嚴重威脅。
太空經濟的發展將受到激勵。 對太陽天氣影響的可靠保護將使太空旅遊、資源開采和外星制造設施建設成為新的現實。
因此，SpaceX的 火星 殖民計劃反映了太空經濟發展的長期願景。在這顆紅色星球上建立人類住區不僅涉及研究和空間住宿的新環境，而且還涉及建立從外星來源提取和制造資源的新經濟模式。這些計畫的潛力、可行性和安全性很大程度上取決於對太陽天氣條件的高品質分析和預測。
