于向前 学号：**********
摘要：本文从马克思主义的基本观点出发，以吴国盛老师的课堂内容“当代科技与社会”为基础，结合自己的专业，在查阅了大量文献的基础上，简要论述了空间天气对人类社会的影响。
关键词：马克思主义；当代科技与社会；空间天气对人类的影响
传统“天气”的物理定义是:瞬时或较短时间内风、云、降水、温度、气压等气象要素综合显示的大气状态。日常所讲的天气，是指发生在对流层内、影响人类生活、生产的中性大气物理图像和物理状态，例如阴、晴、雨、雪、冷、暖、干、湿等。
空间天气是一个比较新的概念，它的内容和含义仍在发展中，最普遍的一种理解是:空间天气是指瞬时或短时间内太阳表面、太阳风、磁层、电离层和热层的状态。广义的空间天气还包括空间碎片、流星体和电磁噪声等人工影响的空间环境。它们的状态可影响空间和地面技术系统的性能和可靠性，危及人类的生命和健康。恶劣的空间天气可引起卫星运行、通信、导 航以及电站输送网络的崩溃，造成各方面的社会经济损失。
一、空间天气对卫星本身的影响
1、中高层大气对卫星的影响
太阳是空间天气变化的源头, 太阳是不稳定的, 它的剧烈变化将直接影响空间各层天气的变化。90 km以上的高层大气对导航卫星轨道的影响较大。卫星在高层大气中运行时, 大气的阻力使导航卫星动能减小, 运行轨道高度降低, 轨道收缩, 进入更稠密的大气区, 导致导航卫星所受阻力进一步增加, 加快导航卫星下降的速度, 直至陨落。同时剧烈变化的太阳紫外线强度不断改变大气的密度和温度, 影响卫星的轨道和寿命; 太阳磁暴使大气加热, 大气层扩张, 强烈扰动低高度卫星的轨道, 甚至使其提前坠毁。
原子氧是太阳光中的紫外光部分与氧分子相互作用, 使其分解而成。它是一种强氧化剂, 当具有定向速度的原子氧与导航卫星表面碰撞时, 会导致导航卫星表面材料的“氧化”、“溅散”、“腐蚀”和“挖空”, 造成导航卫星表面产生质量损失、剥蚀和材料变性等化学损伤。
2、带电粒子对卫星的影响
银河宇宙线是来自太阳系以外银河的高能带电粒子, 它的起源至今还不清楚。太阳宇宙线是太阳发生耀斑时发出的高能带电粒子流, 由于其绝大部分是由质子组成, 故又叫做太阳质子事件。地球辐射带是指在近地空间被磁场捕获的高强度的带电粒子区。来自太阳、行星际空间和地球磁层的高能粒子不断轰击导航卫星表面, 不仅可造成导航卫星表面材料损伤, 而且还可使导航卫星内电子元器件表面充电, 形成辐射损伤, 缩短元器件的寿命。更高能的粒子可穿过电子器件, 在电子信号串中改变数据位, 导致仪器发出混乱指令或提供错误数据造成单粒子事件。显然所谓单粒子事件就是指单个的高能质子或重离子导致的微电子器件状态的改变,从而使导航卫星发生异常和故障的事件。单粒子事件虽然并不发生硬件损伤, 是状态可以恢复的“软错误”, 但它会导致导航卫星控制系统的逻辑状态紊乱,产生灾难性后果。欧洲、日本等国家实际测量结果表明, 低轨道上的单粒子事件仍是影响导航卫星安全的重要因素。我国的“实践4 号”探测卫星每天都可测到3 至4 次单粒子事件, 每次都通过地面发出指令使其恢复。但是, 在这方面我国仍有惨痛教训, 例如“风云1号”卫星姿态失控, 过早地结束了卫星的使用寿命, 其主要原因就是当时发生了太阳质子事件, 地球内辐射带的高能通量质子和重离子增加, “风云1 号”卫星的主控计算机受高能带电粒子辐射引起的单粒子事件影响, 造成“软错误”, 未能及时恢复, 造成了不可挽回的局面。
3、流星体和空间碎片对卫星的影响
流星体和空间碎片可造成导航卫星的机械损伤。流星体是宇宙空间中在太阳引力场的作用下高速飞行的固体颗粒, 相对地球的速度最高可达72 km/s; 空间碎片是人类遗弃在太空的垃圾。在近地空间运行的导航卫星经常会遭遇这两种固态物质的撞击和威胁。它们高速运行, 具有极高的动能, 如与导航卫星相撞, 会给导航卫星造成严重的机械损伤, 当流星雨中的小陨石打在导航卫星上时, 会造成导航卫星表面变形, 甚至击穿。
二、空间天气对通信、导航和定位的影响
1、对远距离短波通信的影响
远距离短波通信是靠电离层对短波信号的反射来实现的，最高和最低可用频率取决于电离层电子密度的分布。电离层的快速变化能导致短波通信信道衰落，强衰落能致通信中断。太阳爆发产生的电离层短波吸收增强也能引起短波通信中断。2000年6至7月份，多次发生电离层扰动事件，使短波通信可通频带变窄，通信质量受到严重影响，最严重的事件使短波通信中断达20多小时，由此可见电离层天气对短波通信的重要性。
2、对卫星通信的影响
卫星通信包括同步和低轨道卫星网（移动通信）两类系统。所采用的频率大都能穿透电离层。对于甚高频段（VHF）以上频率，电离层快速随机变化引起的信号闪烁会导致信道的信噪比下降，误码率上升，严重时使卫星通信链路中断。我国的台湾——广州一线以南的地区属于电离层闪烁的高发区，海事卫星通信在这些地区经常出现中断现象。
早在二战期间的1942年，英国防空部队就发现波长4一6米的炮瞄雷达有时会受到莫明其妙的强烈干扰，后查明，这种突然干扰并非人为干扰，而是源于太阳的射电辐射。这种辐射比6000K的黑体辐射强烈许多，而且与太阳黑子和耀斑活动密切相关。伊拉克战争中，美军“自相残杀”的误击、误伤事件接连不断。国外有专家指出，除了人为原因外，与空间天气的影响也有一定联系—2003年3月28日太阳耀斑和地磁暴发生导致电离层暴。许多通讯系统利用电离层反射电波信号进行远距离信息传播，电离层暴能在所有纬度影响电波传播，导致信号快速波动、传播方向改变。1989-1990年美国在巴拿马的军事行动期间多次发生的指挥自动化系统中断事件也是由于严重的电离层闪烁导致的。
一些军用探测仪和早期预警系统也会受到太阳活动的影响。超视距雷达利用电离层反射信
号来远距离监视航天器和导弹的发射，在磁暴期间，该系统由于电波骚扰而受到严重的妨碍。有些潜水艇定位系统利用海底的磁场信号作为定位参数，地磁暴会掩盖和扭曲这些信号。当地面台站、航天/航天器和太阳在一条直线上时，天地间通信就会受到干扰。
3、对卫星导航的影响
卫星导航的原理是测量接收机到每颗卫星的距离，在已知卫星位置的前提下求解导航接收机的位置。卫星导航信号穿过电离层产生的误差是重要的误差源之一。因此，电离层的任何扰动都将对GPS等卫星导航系统造成严重影响。
GPS卫星的轨道半径为2。7万公里，卫星高度正好处于地球外辐射带上，带内存在大量高能带电粒子，虽然GPS卫星在设计阶段考虑了地球辐射带的影响，但在空间天气灾害事件期间，辐射带内的高能辐射粒子会大量增加，这会加速GPS卫星星内器件的老化，增加GPS卫星出现故障的几率，从而影响GPS卫星的正常工作。严重的情况下甚至会使GPS卫星永久失效，从而增加GPS星座的几何精度因子，降低GPS系统的定位精度。另外，GPS信号的传输环境是一个容易受到空间天气灾害事件影响的区域。空间天气灾害事件期间，作为GPS信号主要传输介质的电离层会发生很大的变化，这种变化会造成GPS信号的传播
时延发生变化，而GPS系统正是通过信号传播的时延来进行定位的，因此，这种时延的显著变化会影响GPS系统的定位精度，这种影响对单频GPS用户尤为严重。另外，作为电离层闪烁易发区域的赤道异常峰区对GPS信号的影响是非常强烈的，其中的电离层不均匀结构会强烈地影响GPS信号的传播质量，造成GPS信号的信噪比下降。当GPS信号的信噪比小于GPS接收机设计的最小接收域值时，就会发生卫星失锁现象，造成GPS接收机无法正常工作。这在太阳活动高年期间更加严重。由于对赤道异常区域电离层闪烁效应造成的影响估计不足，有一些应用卫星的地面接收机在设计过程中对信噪比的要求不够，使在太阳活动高年期间该系统在赤道异常峰区不能有效地工作。因此，通过闪烁效应对GPS系统的影响的研究，也可以为我们国家的其他卫星系统(包括卫星接收机)的设计提供参考。
此外，对于导弹、卫星和飞船等的跟踪、测轨和定位系统而言，电离层扰动会对测距引入额外时延，对测角引入折射弯曲效应，对测速引入电离层附加多普勒频移，对测相引入相位超前和相位散，从而在这些系统中引入额外的误差源。
三、空间天气对地面技术系统的影响
1、恶劣的空间天气可以对地面的输电系统产生严重影响
空间导航
磁暴期间，地磁场的剧烈变化在地表感应一个电位差，这个电位差产生的地磁感应电流可作为变压器的偏置电流，使变压器产生半波饱和，严重时可烧毁变压器。作为空间天气影响人类生存环境的经典例证，1989年发生于北美地区的大规模断电事件已为越来越多的科学家、企业家、政治家和普通民众所熟悉。1989年，正处于第22太阳活动周的峰期。3月13日凌晨，一阵光弧之后，路灯黑了，楼宇黑了，夜总会黑了，整个不夜城黑了。施虐的祸首是50年以来第二强的地磁暴，强磁暴产生了强大的感生电流，冲击了魁北克水电站的变压器和储能器，使魁北克水电站遭到了毁灭性的打击。电网瘫痪，600万居民在无电的冬天度过了9h，直接经济损失达5亿美元。
分析2004年广东电网线路故障和空间天气之间的对应关系, 得知53%的电力系统故障与空间天气扰动状态存在对应关系。在所有考虑的空间天气扰动状态中, 地磁状态占据主导地位(36%), 而太阳活动和同步轨道电磁环境对地面电力系统的直接影响较小(17%)。
2、磁暴产生的感生电流还会影响地表油气管线的安全
地磁暴产生的感生电流不但会对高纬地区的输电网和通讯电缆产生危害，而且会影响地表油气管线的安全。已经测量到，强磁暴时，每公里的输油管线上有6V的感生电压，在1000
km长的输油管道上，会有6OOOV的感生电压，阿拉斯加输油管线上有1000 A的电流流过。如此强大的感生电流，当然会影响流量计的正常计数，并加速管线的腐蚀。
3、空间天气对导弹武器作战的影响
自从二次大战末德国V-1飞航导弹和V-2弹道导弹问世后，导弹武器的研制与有效使用一直是各国军事力量对比的重要标志之一。在导弹武器的设计和研制中，对环境条件多按理想状态(标准状态)处置。而在武器的使用过程中，又往往缺乏提供实际环境条件的有效保障。一些由环境条件所造成的航天故障或事故，大都是由于对环境条件缺乏足够的认识或未能合理利用所致。特别需要指出的是，弹道导弹的自由飞行段是脱离稠密大气层的，对远程战略导弹来说，该段约占全射程的90%。由于空间探测条件的限制，对自由飞行段环境条件的认识远不及对大气层的认识。伴随着航天活动的日益活跃和空间探测技术的发展，已越来越清楚地证明:稠密大气层之上的空间环境对空间飞行器(包括导弹弹头)的影响是绝对不可忽视的，它不仅直接干扰飞行器的飞行姿态，影响其工作部件的正常工作，甚至危及其生存，而且还可通过对大气层的影响间接影响飞行器在大气层中的飞行。
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