时空三限太阳空相,时空三限太阳空相

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时空三限太阳

出门时看一眼手机上的天气预报，已成为很多人的习惯，尤其是准备去外地出差、旅游时，会更加关心目的地的天气情况；类似地，当货运飞船和人造卫星要发射到几百千米至几万千米高de近地空间中，航天员需要出舱进入接近真空的太空环境里，自然也会想要了解那lǐ的空间天气状态，而空间天气预报就成了新的关注点。

图源：视觉中国

那么，太空中的“天气”是什么样？何为空间天气？它是怎么预报的？

5月26日，2022年气象科技活动周“揭秘空间天气”主题科普活动将为你解惑答yí，并与公众分享我guó空间天气业务20年来的fā展成果。今年的气象科技活动周聚焦“科技强国气象万千”主题，将充分展示气象科技发展的最新成果，普及科学知识，促进科技交流，加快创新发展，把最新鲜的气象科技成果和知识送到基层。

什么是空间天气？

太阳爆发所致

“周昭王末年，yè清，五色光贯紫薇，其王南巡不返”。

这是出现在距今约三千年前的战国时期，魏国人完成的编年体史书——《竹书纪年》中的一段话。其中的“五色光”，就是大家所熟知的极光现象。

如同是一位信使，极光不仅带来远在1.5亿公里之外太yáng的“问候”，它还“透露”了宇宙中流传已久的秘密——空间天气。

在地球与太阳系唯一的恒星太阳之间，我们能够看到与感觉到的阳光，其实只是穿梭在其中的一小部分，大量如伽马、X射线这种日常难以接触、能量更高的光线才是常客。

除此之外，还有一刻不停，“吹拂”到太阳系每一个角落的太阳风，它们构成了行星际空间的物质主体，其主要由带电粒子组成，这些微粒速度很快，以每秒几百千米的速度突破太阳的引力束缚，进入宇宙空间。而靠近地球的这一边，在太阳光线的照射与太阳风的联合作用下，能量以多种形式改变着地球的空间环境，从距离地面数万公里甚至更高的位置区域向内，形成地球磁场、电离层、热层的立体结构。一边是不停提升强化等级向外输出的太阳，另一边是摆出“层层阵线”护住基地的地球，两者之间形成了宇宙空间中的巧妙“默契”与动态“平衡”。

但是太阳，并非一成不变，工作模式一般分为平静与爆发两大类，平静时的太阳所释放出的太阳风速度低、变化慢，物质密度也相对较低，并且没有明显的爆发活动。一旦太阳转入爆发模式，太阳风就会发生明显变化，速度升高、密度增大，甚至就连温度也会出现跳跃式的升高，耀斑和日冕物质抛射这两个“大招”也会随时放出，就连冷却时间也会大幅度缩短，甚至开启“狂暴模式”，多种爆发活动同时甚至是连续地发shēng。

空间天气对人类的影响。图源：国家空间天气监测预警中心

而上述这些变化，会对人造卫星和空间站、通讯与能源系统，以及人类健康带来严重影响和危害，我们将太阳爆发活动及其所引发的空间环境变化称为空间天气。

空间天气怎么监测？

不同“对象”手段多样

如同地球天气中的风霜雨雪等气象要素一样，空间环境中也存在着可以探测的huán境参数，只不过换成了粒子、磁场、电磁波等参量。

如何去感知这些空间环境要素？这就要进行空间天气监测。

与地面天气监测系统相比，空间天气监测具有一些显著不同的特点：首先，空间范围大。从监测距地面20-30公里高度的中高层大气往上直至太阳表面的活动区。

其次，物理对象复杂。既要监测中高层大气中的温度、密度、速度等流体力学参数，也要监测电离层、磁层和行星际以及太阳表面的粒子、场和温度等离子体参数。

最后，时空尺度变化fàn围大。既要监测电离层中局地分布的数分钟和数公里范围内不均匀结构的时空变化，又要关注从太阳表面到地球磁层顶整个日地系统超过1.5亿公里范围内的空间天气因果链上关键区域的空间天气参数的整体分布和变化。

另外，空间天气监测的手段形式多样。其中，对于电磁波，可使用光学遥感hé无线电手段来观察，对于磁场，采用磁通门或磁阻技术，duì于粒子，可以用半导体或静电分析仪。

太阳风暴。图源：国家空间天气监测预警中心

一次完整的空间天气事件，一bān具有从太阳表面形成与发shēng，然后在行星际空间传播和演化，最后在地球电离层和中高层大气中产生影响和效应的规律。

因此，从空间天气业务需求来说，需要对从太阳—行星际—磁层空间—电离层和中高层大气，这一空间天气事件因果链上的重要区域进行必要的监测。

如今，经过近20年的努力，我国国家级空间天气业务单位——中国气象局国家空间天气监测预警中心基本建设形成“天地一体化”de空间天气监测格局，实现了日地因果链上“全过程”的自主guān测。

空间天气如何预报？

由看云识天到数值化时代

空间天气的主要源头是太阳，而太阳大气中又充满了五花八门的活动现象，比如太阳耀斑、日冕物质抛射、太阳质子事件等，这些剧烈的爆发现象会对空间天气产生显著影响。

空间天气预报的作用就是预测预报空间天气事件及其影响。早期的空间天气预报主要关注太阳黑子的外观变化，比如黑子个数的增减，黑子形态的改变等，有点像过去的看云识天气，通过云朵的形态和数量预测天气变化。现在，以观测数据和科学理论为基础，通过太阳表面物理参数预测耀斑发生的概率、通过数值模型jì算太阳风参数等方法正在不断发展，空间天气预报开始迈入数值化时代。

那么，空间天气预报是如何做出来的呢？

首先，收集最新观测数据。包括各个波段的太阳图像、太阳Xshè线流量、太阳磁场、地磁指数、电离层状态等数据进行综合分析，然后结合观测数据、数值模拟等做出预报，与首席预bào员进行会商，得出空间天气预报结论。

其次，制作各种预报产品。空间天气预报产品种类很多，包括日报、周报、月报、年报等。空间天气日报总结过去24小时的空间天气情况，并预报未来1—3天的空间天气状态，包括太阳活动水平、地磁活动水平以及电离层状态等。空间天气周报则shì总结最近7天的空间天气态势，预报未来7天空间天气趋势。当有大耀斑、地磁暴等重要的空间天气事件发生时，还会发布空间天气现报等产品。

最后，对外公开发布。会通过网站、传真、App、短信、微博、微信公众号等多种方式，发布空间天气预报，让大家可以了解到最新的空间天气状态。

当下，随着各国探测飞船和卫星的发射，新的观测数据源源不断，空间天气预报水平也将wěn步提高。太空旅游、火星探测、小行星采矿、月球基地，这些过去只能在科幻小说中看到的情节正逐步变成现实，我们相信，未来会有更多的人想要了解空间天气、关注空间天气预报。

来源：科普时报

作者：唐云秋杜丹薛炳森

编辑：吴桐

审核：王飞

终审：陈磊

想问一下，时空三限日天刑一定分手吗

有什么可纠结的?珍惜当下，过去的终究是过去。你该做的是彻底断干净，不然你会伤害眼前人。藕断丝连不仅你累，他也累。也不要给他留下念想。懂了吗?忘记一个人做好的办法是，不要见面

除了可见宇宙，还存在别的宇宙吗？

尽管没有直接的证据，但现有的物理理论、实验数据和天文观测结果都并未排除这种可能性。有人将有关多重宇宙的研究粗略地分成了四个层面。第一层面：视界之外的宇宙。第二层面：暴胀的泡泡宇宙。第三层面：量子多世界解释。第四层面：数学结构的多样性。

人类在探索“宇宙”的过程中，经历了一次又一次“降格”：先是发现地球并非宇宙的中心，接着又得知太阳只是银河系众多恒星中的一员，20世纪前期人们又发现银河系之外还有众多的河外星系。照这样下去，会不会有朝一日竟然发现，人类今日所知的宇宙也降格了，成wèi多重宇宙或平行宇宙大家族的普通一员呢？

尽管没有直接的证据，但现有的物理理论、实验数据和天文观测结果都并未排除这种可能性。美国麻省理工学院的宇宙学家泰格马克将有关多重宇宙的研究粗略地分成了四个层面。

第一层面：视界之外的宇宙。

即使用最先jìn的望远镜，我们也无法将视野无限地向外拓展。这是因为我们所见的宇宙起源于约138亿年之前的一次大爆炸，如果空间静止，那么从大爆炸开始的光所能传播的范围极限就是138亿光年。如果考虑到空间本身的膨胀，这一范围是bàn径约460亿光年的球形区域。也就是说，此刻我们的视野必然局限于半径460亿光年的范围内，称为宇宙视界。科学家常把宇宙视界之内的bù分称为可见宇宙。在可见宇宙之wài的宇宙结构既有可能跟我们的宇宙相同，也有可能不同。

第二层面：暴胀的泡泡宇宙。

前一层面的多重宇宙可以看作暴胀多重宇宙的一个角落，因为俄罗斯物理学家林德研究发现，暴胀的过程可能永不停歇。暴胀不断地扩大空间的范围，空间中又随机地产生更剧烈的暴胀。这个过程有点像病毒的自我复制。虽然某一范围内的暴胀可能停止，然后形成第一层多重宇宙，但从整体上看，暴胀始终没有完全停下来。暴胀停止的区域夹在暴胀肆虐的空间中，好比一锅开水中的气泡，因此，这个理论又被称作泡泡宇宙。不同泡泡宇宙之中可能存在不同的物理常数，甚至可能有不同的宏观空间维度。在这个理论中，虽然我们的yǔ宙年龄没有变化，但整个多重宇宙可能并不存在确定的起始时刻。

第三层面：量子多世界解释。

量子力学是20世纪最成功的物理学理论之一，但是，人们对如何解释量子力学中最基本的方程薛定谔方程存在分歧。从数学上看，一个粒子可以处于liàng子的叠加状态，同一时间既在这里，又在那里。但实验结果总是发现，duì粒子进行多次测量，结果要么看到它在这里，要么看到它在那里。为什么理论和实验会存在差别呢？1957年，美国量子物理学家埃弗里特三世在他的博士论文中提出了新的解释。他认为，每进行一次测量，宇宙就分裂成一些分支，其中一组分支中的实验发现粒子在这里，另一组分支中的实验发现粒子在那里。观察者和粒子并不会意识到宇宙发生了分裂，每个宇宙分支之间互不干涉，独立演化。如果再进行别的量子测量过程，就会产生更多分支。这个理论虽然看上去比较玄，却与现有的实验和理论都没有矛盾，而且它保证了量子力学在数学上的自洽性。

第四层面：数学结构的多样性。

“为什么宇宙中的规律是这样的，而不是别的样子？”美国物理学家惠勒发出诘问。即使将来我们找到了一个全miàn描述宇宙的终极理论，这个诘问还是存在于理论之外。宇宙的数学结构只有一个吗？泰格马克设想，除了前三个层面的多重宇宙，还存在拥有不同数学结构的多重宇宙。这样的宇宙可以抽象地存在，而不一定要以时空、物质、能量的形式存在。泰格马克举例说，计算机系统就是yī个关于0和1的数学结构，并且状态不断地发生yǎn化，这种虚拟世界，也可以看作dì四层面多重宇宙的一例。

有人质疑多重宇宙理论无法用实验的方式证明它是否错了——这就叫“无法证伪”，因而不能算作科学理论，但泰格马克认为这只是偏见。他举例说，假如某个多重宇宙理论预言所有的宇宙都不含氧气，但我们却发现了氧气，就能证伪这个理论。除此之外，对于某些未知问题，多重宇宙的解释往往比其他物理理论更加简洁。