美国宇航局已将目光投向月球，计划在2026年之前将宇航员送回月球表面，并在2030年代之前在月球上建立长期居住地。但月球并不是一个适合人类居住的地方。

太空天气预报需要升级以保护未来的阿尔忒弥斯宇航员

来自遥远恒星和星系的宇宙射线以及来自太阳的太阳高能粒子轰击地球表面，接触这些粒子会对人类健康构成威胁。

银河宇宙射线和太阳高能粒子都是以接近光速传播的高能粒子。

虽然银河系宇宙辐射以相对稳定的速度流向月球，但来自太阳的高能粒子却可以爆发式地喷涌而出。这些粒子可以穿透人体，增加罹患癌症的风险。

地球有磁场，可以抵御来自太空的高能粒子。但是月球没有磁场，因此其表面很容易受到这些粒子的轰击。

在大型太阳高能粒子事件中，宇航员在太空服内受到的辐射剂量可能比地球上的人受到的辐射剂量高出1,000倍。这将超过宇航员建议的终生极限的10倍。

美国宇航局的阿尔忒弥斯计划于2017年启动，旨在自1972年以来首次重新在月球上建立人类存在。我和密歇根大学CLEAR中心(全清晰SEP预报中心)的同事正在努力预测这些来自太阳的粒子喷射。预测这些事件可能有助于保护未来的阿尔忒弥斯机组人员。

从太阳爆发的日冕物质抛射。

11年的太阳周期

2024年，月球将面临危​​险的辐射水平，因为太阳正接近其11年太阳周期的最高点。这个周期是由太阳磁场驱动的，其总强度每11年就会发生巨大变化。当太阳接近其最大活动时，每年可能发生多达20次大型太阳高能粒子事件。

太阳耀斑(太阳突然爆发出电磁辐射)和日冕物质抛射(太阳喷出大量物质和磁场)都可以产生高能粒子。

预计太阳将在2026年达到太阳活动极大期，这也是阿尔忒弥斯三号任务的目标发射时间，届时宇航员将登陆月球表面。

虽然研究人员可以跟踪太阳周期并预测趋势，但很难猜测每次太阳高能粒子事件的确切发生时间以及每次事件的强度。未来登月的宇航员将需要一个预警系统，以便在这些事件发生之前更准确地预测它们。

2023年，NASA资助建立了一个为期五年的太空天气卓越中心，名为CLEAR，旨在预测太阳高能粒子事件的概率和强度。

目前，美国国家海洋和大气管理局空间天气预报中心(负责跟踪太阳事件的中心)的预报员在实际探测到太阳耀斑或日冕物质抛射之前无法对即将来临的太阳高能粒子事件发出警告。他们通过观察太阳大气层并测量从太阳流出的X射线来探测这些事件。

一旦预报员探测到太阳耀斑或日冕物质抛射，高能粒子通常会在不到一小时内到达地球。但月球表面的宇航员需要更长的时间来寻找庇护所。我在CLEAR的团队希望在太阳耀斑和日冕物质抛射发生之前就预测到它们。

虽然科学家并不完全了解这些太阳事件的成因，但他们知道太阳磁场是主要驱动因素之一。具体来说，他们正在研究太阳表面某些区域的磁场强度和复杂性。

在CLEAR中心，我们将使用地面和太空望远镜的测量数据监测太阳磁场，并建立预测太阳事件的机器学习模型——希望能够在事件发生前24小时以上预测到。

借助CLEAR开发的预测框架，我们还希望预测粒子通量何时会回落到安全水平。这样，我们就能告诉宇航员何时可以安全离开庇护所并继续在月球表面工作。