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，造成各方面的社會經(jīng)濟損失。

空間天氣對航天器的影響

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的"空間天氣"?？臻g天氣中的"風(fēng)"是太陽風(fēng)，"雨"是來自太陽的帶電粒子雨；空間天氣沒有陰晴之分，但有太陽和地磁場的"平靜"與"擾動"之別；空間天氣不太關(guān)心"冷暖"，而特別注意太陽的紫外線和X射線輻射的變化。劇烈變化的空間天氣狀態(tài)對人類的航天活動有非常嚴重的影響，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，它直接與太陽風(fēng)、行星際磁場接觸，它的邊界稱為磁層頂。在太陽風(fēng)的作用下，磁層形成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。在向陽面，磁層頂距離地球大約有十幾個地球半徑；在背陽面，磁層有一個很長很長的柱形尾巴，稱為磁尾，可延伸到數(shù)百上千個地球半徑之外。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。太陽和行星際磁場的擾動和變化首先影響磁層，導(dǎo)致磁擾，嚴重時將產(chǎn)生磁暴、磁層亞暴等。這一變化的擾動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區(qū)域，當航天器穿行其中時，高能帶電粒子會對航天器材料、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，產(chǎn)生偽指令，使航天器發(fā)生異常或故障，甚至導(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?？梢姡艑迎h(huán)境對航天器影響極大。

電離層與航天器

從離地面60千米開始，部分大氣分子被太陽電磁輻射、粒子輻射電離，形成一個由電子、正離子和負離子以及中性粒子組成的空間電離介質(zhì)區(qū)域，我們稱這個存在于高層大氣中的電離介質(zhì)區(qū)域為電離層。電離層受太陽活動的影響表現(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。它們是因太陽色球?qū)右弑l(fā)、太陽局部地區(qū)擾動或磁擾而產(chǎn)生的。

任何以電磁波方式傳輸信號的通訊系統(tǒng)，都會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，電磁波通過它傳播時將受到隨機起伏的調(diào)制，即所謂電離層閃爍現(xiàn)象。電離層的快速隨機變化會導(dǎo)致短波通信信道衰落，強衰落能導(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，將對短、中波產(chǎn)生嚴重的影響，尤其是電離層突然騷擾，它可以使得地球向陽半球的短波、中波無線電信號立即衰落甚至完全中斷，時間最長可達數(shù)小時之久。遠距離地面通訊長期以高頻段(HF)通訊為主，當電離層發(fā)生大的擾動時，高頻無線電信號會顯著衰減，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，屬短波通信，這兩個頻段的電磁波在穿透電離層時，電離層閃爍會使信號的振幅、相位和到達角都發(fā)生隨機起伏，影響通訊質(zhì)量，嚴重時可導(dǎo)致通訊中斷。所以，衛(wèi)星發(fā)射時，如果電離層受到擾動，它將對星地通訊和衛(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對航天器造成電磁干擾，會影響航天器表面材料的性質(zhì)。高能等離子體會引起航天器帶電，干擾航天器上各種科學(xué)探測儀器的工作，還會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航天器的影響較弱。對在行星際空間中運行的航天器來說，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)和太陽電磁輻射的影響。

太陽高能粒子與航天器

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

空間輻射對航天員的影響

國際空間站的構(gòu)建預(yù)示著空間中將會有越來越多的人類活動，對于空間天氣可能在載人空間飛行方面造成的影響已經(jīng)越來越受到關(guān)注。太陽爆發(fā)產(chǎn)生的高能粒子輻射會對從事太空活動的航天員的視網(wǎng)膜及其免疫系統(tǒng)造成極大影響，并會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胞，使組成細胞的分子電離，毀壞細胞的正常功能，當DNA受到損傷時對細胞的危害最嚴重，DNA的變異可遺傳給后代。當人體受到一定劑量的輻射后，會患輻射病。輻射病的主要癥狀包括：嚴重灼傷、不能生育、腫瘤和其它組織的損傷。嚴重損傷可導(dǎo)致快速（幾天或幾周）死亡。

太陽爆發(fā)產(chǎn)生的高能粒子輻射通量可達到正常情況的上百倍，會危及航天員的生命安全。雖然這類事故尚未發(fā)生，然而地面實驗室的模擬表明，太陽耀斑發(fā)射的高能粒子流將會對進行太空行走的航天員造成傷害，即使對在航天器中的航天員，也會造成相當嚴重的危害。1989年10月19日，美國亞特蘭蒂斯號航天飛機在發(fā)射伽利略號飛船時，航天員眼睛感覺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。航天員眼睛所感覺到的這種閃光是由于能量粒子穿過視網(wǎng)神經(jīng)造成的，如果這期間在艙外活動，航天員將受到致命的輻射吸收劑量。2003年的"萬圣節(jié)風(fēng)暴"是第23太陽活動周內(nèi)最強烈的空間天氣災(zāi)害，國際空間站的航天員不得不啟用輻射防護艙。2005年1月20日的太陽質(zhì)子事件是一次非常強的相對論太陽高能粒子事件，是1956年以來最強的相對論太陽高能粒子事件，是1976年GOES系列衛(wèi)星發(fā)射后記錄到的能量大于100MeV最強的太陽高能質(zhì)子事件。這次事件的另一個特征是，能量大于100MeV的太陽高能質(zhì)子從開始到達到峰值的時間是1976年以來GOES衛(wèi)星記錄到的時間最短的一次，這種事件對空間作業(yè)的航天員的威脅非常大。

航天活動應(yīng)該盡量避開惡劣的空間天氣事件，遇到惡劣空間天氣事件時，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。研究顯示，載人航天將成為未來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人類的危害就像核輻射對人類的危害。地球的大氣層和磁層對地面上的人們可以起到足夠的保護作用，但太空中的航天員則缺少這種保護屏障，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)會造成人體細胞、組織、乃至器官的輻射損傷，輻射損傷的嚴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格的輻射劑量限值。航天活動應(yīng)該盡量避開惡劣的空間天氣事件，遇到惡劣空間天氣事件時，應(yīng)采取措施使惡劣空間天氣事件的影響降到最低。