課程內容

太空天氣與太空科學

        大家都熟悉地球上的天氣，但很多人可能不知道在太空中也有  "天氣 "  的變化。其實太陽不僅影響地面的天氣，也同時影響地球太空環境的狀態。收聽每天的氣象預報來了解當天與未來幾天的天氣狀態變化，已成為人們日常生活中不可或缺的一環。隨著科技應用的快速發展，人類生活對通訊與精密科技的依賴越來越緊密，活動空間也逐漸擴展至更高的近地球太空環境，因此掌握了解來自太空中的電磁與粒子的相關資訊 " 太空天氣 " 也愈趨重要。" 太空天氣 (space weather)"指的是會影響太空中或地面上之科技設施以及人類生活與健康的太空環境因素之變化，其涵蓋的空間範圍從太陽(sun)經由行星際空間的太陽風(solar wind)，一直到地球的磁層(magnetosphere)、電離層(ionosphere)及熱氣層(thermosphere)等；就如同一般"天氣" 乃指地球大氣層(主要是對流層)的溫度、降水與日照等相關的現象變化。

           太空天氣是太空科學中最重要的議題之一，其探討的內容主要著重於太陽對地球的各種物理作用，也稱為日地物理(solar-terrestrial physics)。太空科學與天文科學的領域不同，天文科學主要是藉由望遠鏡來觀測宇宙各種星體以及星體演化過程，太空科學則以人造衛星與太空飛船實地測量太空中的物理參數，因此其研究範圍大致與觀測飛船可到達觀測的距離有關，目前太空船飛行最遠的距離已達太陽系邊界附近(150~200AU, AU為天文單位)，所以太空科學主要專注於我們太陽系裡的太陽、地球、其他行星，以及行星際空間的各種物理現象。

        我們太空環境的擾動(也就是太空天氣的變化)其實主要是由太陽所引起，太陽除了吹出連續性的電漿(plasma)流(亦即太陽風 )之外，還會不定時地釋放出數百萬噸的物質(日冕物質噴射, coronal mass ejections)，當這些巨大的物質雲(如下圖中的粉色束環)朝向地球撞擊時，會對地球產生很大的衝擊，在地球磁層引發磁暴(magnetic storm)，也會擾動地球電離層與高層大氣，而磁暴發生時會產生量級相當於投擲在廣島的原子彈所釋放的能量。

(courtesy of Windows to the Universe, at http://www.windows.ucar.edu/ at the UCAR)

 參考資料：

太空天氣基本觀念  http://www.windows.ucar.edu/spaceweather/basic_facts.html  

日地物理與太空天氣，郝玲妮，《科學發展》2004年5月，377期，44∼51頁