在宇宙中，太阳宛如一颗闪耀着光芒的璀璨明珠，它慷慨地将光和热洒向地球，成为地球上万物生长之源，更是生命赖以繁衍生息的坚实基础。然而，看似平和的太阳，其实也有自己的“小脾气”。它的一举一动，都在行星际空间中掀起的波澜，对地球产生着极其深远的影响，尤其是在航天领域，太阳活动的“威力”不容小觑。
太阳活动
太阳活动，是太阳外层大气中各种奇妙现象的统称，仿佛是太阳的独特“情绪表达”，时而激烈，时而温和，平均以11年为一个完整的周期，演绎着独特的“太阳律动”。常见的太阳活动现象丰富多样，有太阳黑子、光斑、谱斑、耀斑、日珥和日冕瞬变事件等。这些现象的背后，是太阳大气中复杂的电磁过程在“作祟”。尽管太阳整体的辐射总量相对稳定，仅有微小变化，但这些局部的活动却如同在平静湖面投下巨石，能让太阳在紫外线和X射线波段的辐射产生大幅起落。
太阳黑子，宛如太阳脸上的“雀斑”，是太阳活动最为直观的标志。其数量的起伏，就像晴雨表一般，精准地反映着太阳活动的强弱变化。而耀斑则如同太阳表面突然绽放的绚丽“烟花”，是最为剧烈的太阳活动之一。在短短几分钟甚至更短的时间内，它就能释放出惊人的能量，不仅会发出强大的电磁辐射，还会向宇宙空间抛射出大量的高能带电粒子流。日冕物质抛射同样引人注目，这是太阳向宇宙空间抛出的海量磁化等离子体，其速度极快，最高可达每秒数千公里，对地球空间环境产生着巨大的影响。
太阳耀斑爆发（图片来源于央视网）
近年来，太阳活动愈发频繁。在2024年，太阳仿佛进入了“活跃期”，X级以上大耀斑爆发多达52次，日冕物质抛射给地球带来的强地磁暴及以上活动达到12次，种种迹象表明，这一年极有可能成为第25个太阳活动周的峰值年。中国气象局国家空间天气监测预警中心发布信息指出，2025年太阳活动依旧保持着“火热”的态势。尽管预计大的太阳耀斑爆发活动的数量和强度会有所降低，但回顾历史数据，太阳活动在进入下降阶段后，仍有极大可能出现大爆发，而且爆发强度甚至可能超过活动高年。
太阳活动对航天领域的影响
当太阳活动进入剧烈阶段，大量高能带电粒子流便会被发射出来，进入日地空间。这些粒子如同微小却威力巨大的“炮弹”，能够轻易穿透航天器的外壳。一旦进入航天器内部，它们就会引发一系列严重问题，首先辐射损伤会使航天器的材料如同被岁月侵蚀一般逐渐老化，太阳能电池的寿命大幅降低，半导体元件的性能也会随之衰退。此外，单粒子效应可能导致控制电路出现逻辑错误，让航天器失去控制，严重时甚至会直接报废。深层充电产生地放电脉冲，损坏航天器内部的微型材料及电子器件，最终导致航天器失控。2022年，美国SpaceX发射的49颗“星链”卫星，就因受到地磁暴的影响，约40颗卫星无法顺利进入预定轨道，最终无奈“折戟”。
太阳活动引发的地球电离层扰动，宛如一场无形的风暴，严重干扰着短波无线电通信。电离层就像地球的“通信屏障”，当它受到太阳活动的强烈影响时，其中电子浓度的增加，造成短波无线电信号会被部分或全部吸收，导致信号像风中的烛光一样摇曳不定，出现衰落甚至中断的情况。卫星导航的定位精度也会大幅下降，严重时接收机甚至会完全失效。卫星通信的信噪比降低，误码率上升，通信质量大打折扣，甚至会出现链路中断的情况。例如2006年12月13日，太阳发生了一次X3级的猛烈爆发，我国多个电波观测站的短波探测信号全波段瞬间中断，给通信带来了极大的困扰。
高能粒子流损害航天器（图片来源于央视网）
对于在太空中执行任务的航天员来说，太阳活动期间辐射水平的急剧增加，无疑是一个巨大的潜在威胁。来自太阳的高能带电粒子流会对航天员的身体造成严重的辐射伤害，可能引发细胞损伤、基因突变等一系列健康问题。因此，在太阳活动剧烈时，航天员需要采取额外的防护措施，如尽量减少出舱活动的时间，躲进具有特殊防护功能的舱室，以此减少暴露在辐射环境中的时间，保护自身安全。
预测与防范
为了能够提前洞察预报太阳活动的动态，科学家们建立了各种各样的监测系统。这些系统涵盖了地面观测站和空间探测器，从多个角度、全方位地对太阳进行密切监测。我国的子午工程二期，通过构建“一链、三网、四聚焦”的先进监测体系，成功实现了从太阳表面爆发、行星际传播到地球空间响应的全链条追踪监测，为太阳活动的研究和预报提供了至关重要的数据支持。通过对这些监测数据进行深入分析，科学家们就像拥有了“预知未来”的能力，能够预测太阳活动的发生时间、强度和影响范围，为航天任务的科学安排提供可靠的参考依据。
子午工程二期监测系统（图片来源于央视网）
在设计和制造航天器时，工程师们充分发挥智慧，采用了各种先进的防护措施，旨在增强航天器抵御太阳活动影响的能力。例如，使用特殊的屏蔽材料，这些材料就像坚固的盾牌，能够有效阻挡高能带电粒子的穿透；增加备份系统，确保在部分设备出现故障时，航天器仍能继续正常运行，保障任务的顺利进行。
根据太阳活动的预报结果，航天部门会合理安排航天任务的时间和轨道。在太阳活动高峰期，尽量避免进行高风险的航天活动，如航天员出舱、卫星发射等。对于在轨道上运行的航天器，通过调整其轨道高度或姿态，减少与高能带电粒子的接触，降低太阳活动对航天任务的影响。
太阳活动虽然给航天事业带来了诸多严峻的挑战，但随着科学技术的飞速发展，我们对太阳活动的认识不断深化，防范措施也日益完善。通过持续加强监测、提升防护能力和合理安排任务，我们有信心在最大程度上减少太阳活动对航天事业的影响，让人类探索宇宙的脚步迈得更加坚定、更加稳健。在未来，我们有望进一步揭开太阳活动的神秘面纱，更好地应对其带来的挑战，推动航天事业向着更高的目标迈进。
部分信息来源于科普中国、央视网、中国新闻网等
（科学性审核：李良，中国空间学会科普与教育委员会委员）
本文来自： 中国科学技术馆
责任编辑：刘海华
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