空間天氣的狀態(tài)可能影響空間和地面技術(shù)系統(tǒng)的性能和可靠性，可能危及人類的生命和健康。惡劣的空間天氣可引起衛(wèi)星運(yùn)行、通信、導(dǎo)航以及電站輸送網(wǎng)絡(luò)的崩潰，造成各方面的社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失。

空間天氣對(duì)航天器的影響

正如人們的生活受到自然界的風(fēng)霜雨雪影響一樣，靜謐的太空也有著神秘莫測(cè)的"空間天氣"?？臻g天氣中的"風(fēng)"是太陽(yáng)風(fēng)，"雨"是來(lái)自太陽(yáng)的帶電粒子雨；空間天氣沒(méi)有陰晴之分，但有太陽(yáng)和地磁場(chǎng)的"平靜"與"擾動(dòng)"之別；空間天氣不太關(guān)心"冷暖"，而特別注意太陽(yáng)的紫外線和X射線輻射的變化。劇烈變化的空間天氣狀態(tài)對(duì)人類的航天活動(dòng)有非常嚴(yán)重的影響，空間天氣災(zāi)害可使衛(wèi)星提前失效乃至隕落，通信中斷，導(dǎo)航、跟蹤失誤。

磁層與航天器

磁層是地球控制的最外層區(qū)域，它直接與太陽(yáng)風(fēng)、行星際磁場(chǎng)接觸，它的邊界稱為磁層頂。在太陽(yáng)風(fēng)的作用下，磁層形成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。在向陽(yáng)面，磁層頂距離地球大約有十幾個(gè)地球半徑；在背陽(yáng)面，磁層有一個(gè)很長(zhǎng)很長(zhǎng)的柱形尾巴，稱為磁尾，可延伸到數(shù)百上千個(gè)地球半徑之外。磁層內(nèi)有高能粒子組成的輻射帶、低能粒子組成的等離子體層、等離子體片、等離子體幔和環(huán)電流等。太陽(yáng)和行星際磁場(chǎng)的擾動(dòng)和變化首先影響磁層，導(dǎo)致磁擾，嚴(yán)重時(shí)將產(chǎn)生磁暴、磁層亞暴等。這一變化的擾動(dòng)還將耦合給電離層和高層大氣，如發(fā)生電離層暴等。

磁層是航天器的主要活動(dòng)區(qū)域，當(dāng)航天器穿行其中時(shí)，高能帶電粒子會(huì)對(duì)航天器材料、電子元器件、宇航員及生物樣品造成輻射損傷。此外，高能帶電粒子以單粒子方式轟擊航天器上的微電子器件芯片，有可能改變微電子器件的邏輯狀態(tài)，如由0變?yōu)?，這將可能導(dǎo)致系統(tǒng)控制程序或數(shù)據(jù)出錯(cuò)，產(chǎn)生偽指令，使航天器發(fā)生異?；蚬收希踔翆?dǎo)致災(zāi)難性后果。除了發(fā)生單粒子翻轉(zhuǎn)事件，還可能發(fā)生單粒子鎖定事件，造成航天器燒毀。大量的觀測(cè)結(jié)果表明，低軌道上的單粒子事件仍然是影響航天器安全的重要因素，發(fā)生的區(qū)域主要集中在極區(qū)和輻射帶異常區(qū)（南大西洋上空）。而高能電子還會(huì)造成衛(wèi)星內(nèi)部絕緣介質(zhì)或元器件電荷堆積，引起介質(zhì)深層充電，導(dǎo)致衛(wèi)星故障?？梢?jiàn)，磁層環(huán)境對(duì)航天器影響極大。

電離層與航天器

從離地面60千米開(kāi)始，部分大氣分子被太陽(yáng)電磁輻射、粒子輻射電離，形成一個(gè)由電子、正離子和負(fù)離子以及中性粒子組成的空間電離介質(zhì)區(qū)域，我們稱這個(gè)存在于高層大氣中的電離介質(zhì)區(qū)域?yàn)殡婋x層。電離層受太陽(yáng)活動(dòng)的影響表現(xiàn)為電離層突然騷擾和電離層暴，以及發(fā)生在極區(qū)的極蓋吸收事件和極光帶吸收事件。它們是因太陽(yáng)色球?qū)右弑l(fā)、太陽(yáng)局部地區(qū)擾動(dòng)或磁擾而產(chǎn)生的。

任何以電磁波方式傳輸信號(hào)的通訊系統(tǒng)，都會(huì)受到電離層天氣變化的影響。短波通信就是靠電離層反射實(shí)現(xiàn)的。由于電離層是一種不均勻傳播介質(zhì)，因此，電磁波通過(guò)它傳播時(shí)將受到隨機(jī)起伏的調(diào)制，即所謂電離層閃爍現(xiàn)象。電離層的快速隨機(jī)變化會(huì)導(dǎo)致短波通信信道衰落，強(qiáng)衰落能導(dǎo)致通信中斷。不僅如此，電離層的突然騷擾和電離層暴，以及極蓋吸收事件和極光帶吸收事件，將對(duì)短、中波產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，尤其是電離層突然騷擾，它可以使得地球向陽(yáng)半球的短波、中波無(wú)線電信號(hào)立即衰落甚至完全中斷，時(shí)間最長(zhǎng)可達(dá)數(shù)小時(shí)之久。遠(yuǎn)距離地面通訊長(zhǎng)期以高頻段(HF)通訊為主，當(dāng)電離層發(fā)生大的擾動(dòng)時(shí)，高頻無(wú)線電信號(hào)會(huì)顯著衰減，甚至可能導(dǎo)致通訊中斷。衛(wèi)星通訊主要使用超高頻(UHF)和甚高頻(VHF)信號(hào)，屬短波通信，這兩個(gè)頻段的電磁波在穿透電離層時(shí)，電離層閃爍會(huì)使信號(hào)的振幅、相位和到達(dá)角都發(fā)生隨機(jī)起伏，影響通訊質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致通訊中斷。所以，衛(wèi)星發(fā)射時(shí)，如果電離層受到擾動(dòng)，它將對(duì)星地通訊和衛(wèi)星的定位產(chǎn)生極大的影響。

日冕爆發(fā)與航天器

日冕爆發(fā)產(chǎn)生的高能粒子及電磁輻射會(huì)對(duì)航天器造成電磁干擾，會(huì)影響航天器表面材料的性質(zhì)。高能等離子體會(huì)引起航天器帶電，干擾航天器上各種科學(xué)探測(cè)儀器的工作，還會(huì)造成航天器上電介質(zhì)放電擊穿，但在行星際空間中等離子體對(duì)航天器的影響較弱。對(duì)在行星際空間中運(yùn)行的航天器來(lái)說(shuō)，最需要關(guān)注的是宇宙線的輻射損傷效應(yīng)、單粒子事件效應(yīng)和太陽(yáng)電磁輻射的影響。

太陽(yáng)高能粒子與航天器

太陽(yáng)高能粒子事件對(duì)航天器的影響主要是太陽(yáng)能電池和各種電子設(shè)備的損害，同時(shí)，在飛行器設(shè)計(jì)、發(fā)射、在軌運(yùn)行和控制過(guò)程中都可能受到空間環(huán)境的影響。即使在沒(méi)有突發(fā)性的空間天氣事件發(fā)生時(shí)，低軌衛(wèi)星在穿越南大西洋異常區(qū)時(shí)也會(huì)受到強(qiáng)烈的粒子輻射，因此，衛(wèi)星在此區(qū)域發(fā)生的異常事件非常多。太陽(yáng)高能粒子的轟擊還會(huì)導(dǎo)致單粒子事件，改變計(jì)算機(jī)的軟件指令，甚至導(dǎo)致微芯片的物理?yè)p壞。

空間輻射對(duì)航天員的影響

國(guó)際空間站的構(gòu)建預(yù)示著空間中將會(huì)有越來(lái)越多的人類活動(dòng)，對(duì)于空間天氣可能在載人空間飛行方面造成的影響已經(jīng)越來(lái)越受到關(guān)注。太陽(yáng)爆發(fā)產(chǎn)生的高能粒子輻射會(huì)對(duì)從事太空活動(dòng)的航天員的視網(wǎng)膜及其免疫系統(tǒng)造成極大影響，并會(huì)危及航天員的生命安全。

高能輻射是各種空間環(huán)境因素中對(duì)航天員生命安全構(gòu)成的最大威脅。高能電磁輻射或粒子輻射穿入人體細(xì)胞，使組成細(xì)胞的分子電離，毀壞細(xì)胞的正常功能，當(dāng)DNA受到損傷時(shí)對(duì)細(xì)胞的危害最嚴(yán)重，DNA的變異可遺傳給后代。當(dāng)人體受到一定劑量的輻射后，會(huì)患輻射病。輻射病的主要癥狀包括：嚴(yán)重灼傷、不能生育、腫瘤和其它組織的損傷。嚴(yán)重?fù)p傷可導(dǎo)致快速（幾天或幾周）死亡。

太陽(yáng)爆發(fā)產(chǎn)生的高能粒子輻射通量可達(dá)到正常情況的上百倍，會(huì)危及航天員的生命安全。雖然這類事故尚未發(fā)生，然而地面實(shí)驗(yàn)室的模擬表明，太陽(yáng)耀斑發(fā)射的高能粒子流將會(huì)對(duì)進(jìn)行太空行走的航天員造成傷害，即使對(duì)在航天器中的航天員，也會(huì)造成相當(dāng)嚴(yán)重的危害。1989年10月19日，美國(guó)亞特蘭蒂斯號(hào)航天飛機(jī)在發(fā)射伽利略號(hào)飛船時(shí)，航天員眼睛感覺(jué)到有極明亮的刺眼的閃光，甚至在他們退至飛船屏蔽的最內(nèi)部，眼睛還在閃爍，刺眼的閃爍持續(xù)著，直到質(zhì)子事件逐漸消失。航天員眼睛所感覺(jué)到的這種閃光是由于能量粒子穿過(guò)視網(wǎng)神經(jīng)造成的，如果這期間在艙外活動(dòng)，航天員將受到致命的輻射吸收劑量。2003年的"萬(wàn)圣節(jié)風(fēng)暴"是第23太陽(yáng)活動(dòng)周內(nèi)最強(qiáng)烈的空間天氣災(zāi)害，國(guó)際空間站的航天員不得不啟用輻射防護(hù)艙。2005年1月20日的太陽(yáng)質(zhì)子事件是一次非常強(qiáng)的相對(duì)論太陽(yáng)高能粒子事件，是1956年以來(lái)最強(qiáng)的相對(duì)論太陽(yáng)高能粒子事件，是1976年GOES系列衛(wèi)星發(fā)射后記錄到的能量大于100MeV最強(qiáng)的太陽(yáng)高能質(zhì)子事件。這次事件的另一個(gè)特征是，能量大于100MeV的太陽(yáng)高能質(zhì)子從開(kāi)始到達(dá)到峰值的時(shí)間是1976年以來(lái)GOES衛(wèi)星記錄到的時(shí)間最短的一次，這種事件對(duì)空間作業(yè)的航天員的威脅非常大。

航天活動(dòng)應(yīng)該盡量避開(kāi)惡劣的空間天氣事件，遇到惡劣空間天氣事件時(shí)，應(yīng)采取措施使惡劣空間天氣事件的影響降到最低。為避免高能輻射的影響,載人航天器一般都在內(nèi)輻射帶高度以下(低于800千米)飛行。這樣可以在一定程度上受到輻射帶的保護(hù)。研究顯示，載人航天將成為未來(lái)最為重要的空間天氣服務(wù)用戶之一。

特大耀斑所釋放的高能粒子對(duì)人類的危害就像核輻射對(duì)人類的危害。地球的大氣層和磁層對(duì)地面上的人們可以起到足夠的保護(hù)作用，但太空中的航天員則缺少這種保護(hù)屏障，面臨潛在的輻射危害。如果航天員在空間輻射的高峰期走出航天器，就有可能因粒子的襲擊而受傷甚至死亡。輻射效應(yīng)會(huì)造成人體細(xì)胞、組織、乃至器官的輻射損傷，輻射損傷的嚴(yán)重程度與輻射劑量大小有關(guān)。為了保證航天員的安全，在空間工作的航天員有嚴(yán)格的輻射劑量限值。航天活動(dòng)應(yīng)該盡量避開(kāi)惡劣的空間天氣事件，遇到惡劣空間天氣事件時(shí)，應(yīng)采取措施使惡劣空間天氣事件的影響降到最低。