专家顾问：

■中国科学院国家空间科学中心研究员 钟秋珍

■中国气象局国家空间天气监测预警中心工程师 韩大洋

■中国气象局国家空间天气监测预警中心服务室主任 杨光林

■中国载人航天工程副总设计师、神舟飞船系统总设计师 张柏楠

编者按：

6月17日，神舟十二号载人飞船顺利将聂海胜、刘伯明、汤洪波3名航天员送入太空。这是我国载人航天工程空间站阶段的首次载人飞行任务。

太空里的温度是怎样的？飞船在太空中会受到哪些空间天气影响？空间环境的变化对飞行器的影响到底有多大？航天员出舱需要看空间天气预报吗？本期内容带您一探究竟。

人类从未停止对星辰大海的探索。有史以来飞得最远的飞船，也是第一个离开太阳系的人造飞行器——“旅行者1号”在多次引力加速下，目前依然在茫茫宇宙中踽踽独行，成为一艘星际航天器。

作为人类的“太空家园”，空间站对于开展多领域空间科学实验和技术试验、空间应用，乃至探索宇宙都意义非凡。然而，正如科幻小说 《三体》中所言，宇宙就像是一座黑暗森林，无论是飞船还是卫星，在这漆黑一片的森林里“行走”，可能都会遇到与其一样潜行的“不速之客”——空间天气。

1太阳打个“喷嚏”，地球就“感冒”？

从高能带电粒子流到日冕物质抛射，都是航天器可能会碰到的危险因子。

1859年9月1日，英国天文学家理查·卡林顿在观测太阳黑子时发现其周围突然出现极为明亮的条状白光。数分钟后，英国格林尼治天文台和基乌天文台都监测到地磁场的剧烈波动。17个半小时后，地磁波动强度“爆表”。同时，全球多地电报台站的发报机在闪着火花，而平时一般只在南北极地区才能见到的极光，一直延伸到了古巴和夏威夷。这就是人类遇到的最强空间天气太阳风暴——“卡林顿事件”。

美国有报告称，40%的航天器故障与空间天气有关——“风”是高速运动的等离子体流，“雨”是由磁层沉降的带电粒子组成。

太阳是所有空间天气现象的“始作俑者”。太阳的外层大气从太阳表面喷出，形成充盈整个太阳系的太阳风，地球就浸泡其间，只不过有地球磁场作为天然屏障，我们才得以生存。

太阳不仅会“刮”太阳风，偶尔还会“爆发”一下，来一场太阳风暴。一次太阳风暴释放的能量，相当于10万至100万次强火山爆发或上百亿枚百吨级氢弹的爆炸效果。

总之，太阳活动会导致太阳风和地球空间环境产生各种变化，从刺眼的耀斑到让信鸽迷路的磁暴，从“暴脾气”的高能带电粒子流到威力惊人的“太阳海啸”——日冕物质抛射，这些都是航天器可能会碰到的危险因子。

2如何与冷血的“黑暗之手”对抗？

不仅会遭受极端温差带来的伤害，还可能受到宇宙射线、带电粒子的攻击。

7月4日，神舟十二号乘组航天员刘伯明、汤洪波身着中国自主研制的新一代“飞天”舱外航天服，先后从天和核心舱节点舱成功出舱。

舱外与舱内的环境截然不同。出舱后，航天员就进入一片“危险之地”——

国际航空联合会将100公里的高度定义为大气层和太空的界线，即“卡门线”，“卡门线”之外的部分称为太空。太空是一个接近真空的环境，没有物质分子的运动，热量很难进行传导，因此空间温度极低。通过对宇宙微波背景辐射进行测量，科学家计算出太空的平均温度为-270℃左右。

如果在太空中被太阳照射到，没有大气层的保护，接收到的热量又无法传导出去，温度可快速升至接近200℃，而背对太阳的一侧温度则低至-200℃左右，这就是航天员出舱时的“太空温度”。

如果宇航员不穿航天服就走出舱外，后果非常可怕。由于没有氧气和外部气压，人类在15秒甚至更短时间内就会昏迷，血液和体液会“沸腾”，组织和器官会膨胀，不仅会遭受极端温差带来的伤害，还可能受到宇宙射线、带电粒子的攻击，以及高速移动的微小尘埃、岩石（微流星体）或空间碎片带来的撞击。

那么空间环境的变化对飞行器的影响又有多大呢？钟秋珍介绍，影响低轨道飞行器运行安全的轨道空间环境主要是大气环境、高能辐射环境等。当太阳辐射突然增强或者发生地磁暴时，高层大气密度会迅速上升，导致低轨道上航天器的阻力增加，从而改变航天器的正常运行轨道，增大航天器定轨和轨道预测的误差。

除高层大气阻力影响航天器的轨道和寿命外，原子氧剥蚀破坏航天器材料；出现在地球附近的微小流星体，以及来自各种航天器并不断积累的空间碎片等，会以各种方式威胁空间站的安全；高能带电粒子的轰击，可导致“单粒子事件”和星载材料、器件的性能衰退，太阳能电池输出功率下降；等离子体能引起航天器表面带电，严重时电位可高达2万伏，放电时的强电流可导致航天器彻底报废，放电发出的电磁辐射也会干扰航天器的工作；太阳发出的紫外辐射、X射线等高能电磁辐射，使高层大气温度增加，改变航天器表面材料的特性，增加大气阻力，使航天器提前陨落……

3航天员出门要“看天”吗？

我国空间天气预报业务已形成系列化预报产品，具备关键区域预警能力。

在地球周围有一个名为“范艾伦辐射带”的空间区域，它大致分成1500～5000公里和13000～20000公里的高度范围，在有空间天气扰动的时候还会向上向下扩张。这一区域有能量非常高、密度也非常大的带电粒子，对在其中飞行的飞行器和人体伤害很大。

为此，综合考量发射成本、观测需求，以及航天员的健康和飞行器、仪器设备的安全等因素，科学家一般把空间站飞行的高度设定在400公里附近。目前仍在轨运行的国际空间站和我国正在建造的空间站都处于这一高度附近。

然而，在太阳活动爆发期，空间辐射大大增强，航天器及航天员都面临严峻考验。在2006年12月的一次较强太阳活动爆发中，美国国家航空航天局就曾紧急命令正在太空行走的航天员进入空间站，以躲避可能造成的伤害。

因此，为了最大限度地减弱空间辐射，选择合理的出舱时机就变得很重要。这时，一份监测空间环境变化的天气预报就必不可少。对太阳辐射、太阳质子事件 （太阳爆发活动产生的高能带电粒子流）、地磁暴等空间环境要素进行监测、预报和影响分析，评估空间环境变化对空间站可能带来的威胁，可协助空间站系统和航天员及时规避未知的空间环境危害。

需要注意的是，受太阳活动影响，地球周围空间环境状态在不断变化。太阳活动既有长至11年周期的变化，也有短短十几分钟的爆发。要准确预报空间环境，需要参考的要素和数据有很多，加之空间环境的扰动过程非常复杂，所以预报难度要远远大于普通的天气预报。

近年来，我国空间天气预报业务能力有了长足进步，已经具备对太阳活动、行星际、磁层、电离层、中高层大气等日地空间关键区域的关键要素做出长期、中期、短期预报以及预警的能力，具备自动化与人工干预相结合的综合数据分析能力，以及初步的定量化分析能力与模式预报能力，形成了系列化预报产品，可定期发布空间天气日报、周报、月报和年报等常规预报产品，根据空间天气状况不定期发布警报，以及根据用户需求开发定制专属产品，关键空间天气参数的预报准确率与国际水平相当。 （中国气象报2021-07-13四版 作者：吴鹏）