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猙獰未露的黑暗使者?太陽風(fēng)暴對地球影響多大？
關(guān)鍵詞： 太陽風(fēng)暴 地球磁層 空間太陽望遠(yuǎn)鏡 長距離管道 氣候生態(tài) 地球磁場 地球空間 地球電磁場 黑暗時(shí)代 猙獰
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馮琦編制（新華社發(fā)）
美國航天局公布的由衛(wèi)星拍攝的8月9日太陽活動(dòng)照片。 人民圖片
8月1日爆發(fā)、8月4日到達(dá)的太陽風(fēng)暴影響地球示意圖。人民圖片
8月上旬，距地球1.49億公里之外的太陽耀斑等爆發(fā)，引發(fā)了一場太陽風(fēng)暴，也在地球高緯度地區(qū)上演了一場瑰麗的極光之舞。地球照舊安然無恙，但諸如“太陽風(fēng)暴將正面‘擊中’地球”、“人類將重回黑暗時(shí)代”等報(bào)道，卻引起廣泛關(guān)注。
看似來勢洶洶的太陽風(fēng)暴，究竟只是一場瞬間即逝的“美麗焰火”，還是猙獰未露的“黑暗使者”？不久的未來會(huì)爆發(fā)超級太陽風(fēng)暴嗎？記者采訪了有關(guān)專家。
從現(xiàn)在起到2015年前后，太陽將越來越活躍
“太陽風(fēng)暴并不是一個(gè)科學(xué)術(shù)語，只是一種通俗的說法。”國家天文臺中科院太陽活動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任顏毅華研究員從專業(yè)角度解釋了太陽風(fēng)暴的形成，“在黑子活動(dòng)高峰階段，太陽會(huì)產(chǎn)生一系列劇烈的爆發(fā)活動(dòng)，比如太陽耀斑、日冕物質(zhì)拋射等。這個(gè)過程太陽會(huì)向四面八方釋放出大量帶電粒子，并形成高速粒子流。這其中，那些撞上地球并對地球空間環(huán)境造成危害影響的活動(dòng)就叫太陽風(fēng)暴。”
“太陽風(fēng)暴與太陽黑子和太陽的能量釋放密切相關(guān)，要想認(rèn)識太陽風(fēng)暴，要先弄明白三個(gè)概念，什么是太陽黑子、耀斑和日冕物質(zhì)拋射。”顏毅華解釋說，太陽黑子是一種形象的叫法，由于太陽磁力線管與太陽表面相交，磁力線束縛使得管內(nèi)的物質(zhì)較周圍溫度為低，呈現(xiàn)出顏色較暗的黑點(diǎn)，太陽黑子因此得名。
太陽黑子數(shù)量的平均變化周期約為11年，稱為太陽活動(dòng)周期，每個(gè)周期的太陽黑子分布圖又被形象地稱為“蝴蝶圖”（若以黑子出現(xiàn)的緯度為縱坐標(biāo)，以時(shí)間為橫坐標(biāo)，所繪制的黑子分布圖形似蝴蝶，故名）。顏毅華介紹說，上一個(gè)太陽活動(dòng)周期從1996年開始到2009年結(jié)束，持續(xù)了13年。“太陽已經(jīng)進(jìn)入了新的活動(dòng)周期，從現(xiàn)在起到2015年前后，太陽將越來越活躍。”
耀斑和日冕物質(zhì)拋射是太陽活動(dòng)的重要表現(xiàn)，是太陽風(fēng)暴的源頭。太陽耀斑是太陽表面局部區(qū)域突然和大規(guī)模的能量釋放過程，一個(gè)大的耀斑可發(fā)射高達(dá)10的25次方焦耳的能量，相當(dāng)于全世界每個(gè)人“挨”一顆氫彈，或者是1000萬座火山同時(shí)噴發(fā)的能量。
日冕物質(zhì)拋射則是太陽日冕中的物質(zhì)向外噴射的現(xiàn)象。大的日冕物質(zhì)拋射可將上百億噸物質(zhì)加速到每秒幾百甚至上千公里，最快可達(dá)每秒2000多公里，這個(gè)速度相當(dāng)于空客380飛機(jī)最高速度的7000多倍。
“耀斑和日冕物質(zhì)拋射噴發(fā)的物質(zhì)和能量雖然絕大部分消散在太空中，但是還是會(huì)有少量沖撞地球，這會(huì)給我們居住的藍(lán)色星球的空間環(huán)境帶來影響”，顏毅華說，“這種影響究竟有多大，具體情況不同，影響大小也很不相同。”
歷史上少有太陽活動(dòng)造成重大災(zāi)害記載，太陽風(fēng)暴逐漸成為“電子時(shí)代富貴病”
盡管太陽活動(dòng)周期僅為11年，但即使如此頻繁的太陽活動(dòng)，歷史上卻少有其造成重大災(zāi)害的記載。不過，近一個(gè)世紀(jì)以來，太陽風(fēng)暴對人類生活的影響正變得越來越大，甚至經(jīng)常有很多人將太陽風(fēng)暴與所謂“末日論”聯(lián)系在一起。
兩百年前，隨著人類進(jìn)入電力時(shí)代，太陽風(fēng)暴的威脅也相伴而來。歷史上曾發(fā)生多次嚴(yán)重的太陽風(fēng)暴事件，其中1859年發(fā)生的“卡林頓事件”是歷史記錄中最大規(guī)模的，堪稱“超級太陽風(fēng)暴”。強(qiáng)烈的地磁效應(yīng)使得剛剛形成的電報(bào)網(wǎng)絡(luò)陷入癱瘓。20世紀(jì)迄今對人類影響最嚴(yán)重的太陽風(fēng)暴發(fā)生在1989年，在90秒內(nèi)燒毀1萬多個(gè)變壓器，致使加拿大魁北克省電力中斷9小時(shí)。
“可以說，太陽風(fēng)暴是我們高技術(shù)時(shí)代的一種富貴病。”顏毅華說，隨著電子時(shí)代的來臨，我們的生活越來越多地與電力、衛(wèi)星通訊聯(lián)系在一起，對地球空間環(huán)境的依賴越來越深，太陽風(fēng)暴的影響自然就顯現(xiàn)出來了。
太陽風(fēng)暴最直接的危害，就是對太空中航天器的威脅。強(qiáng)烈的太陽風(fēng)暴可能會(huì)造成衛(wèi)星芯片擊穿、控制紊亂，甚至使航天器的軌道偏離，幾乎每次大的太陽風(fēng)暴過后都會(huì)有衛(wèi)星損壞的報(bào)告。而且，太陽風(fēng)暴的劇烈輻射還會(huì)對宇航員的健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。
此外，太陽風(fēng)暴的大量帶電粒子掠過地球，一方面會(huì)使地球電磁場發(fā)生變化，引起地磁暴、電離層暴，并影響無線電通訊特別是短波通訊，并進(jìn)一步波及航空運(yùn)輸以及衛(wèi)星導(dǎo)航裝置等。另一方面，太陽風(fēng)暴還會(huì)對高緯度地區(qū)地面的電力網(wǎng)、長距離管道感應(yīng)出強(qiáng)大電勢，造成電網(wǎng)過載、管道腐蝕，影響輸電、輸油、輸氣管線系統(tǒng)的安全。
顏毅華認(rèn)為，太陽活動(dòng)對氣候生態(tài)的長期影響是肯定的，但具體作用機(jī)制尚不清楚。目前尚無證據(jù)表明，太陽風(fēng)暴與天氣、地震、物種滅絕有直接關(guān)系。
太陽“打噴嚏”，地球不一定會(huì)“感冒”
風(fēng)暴已過，但留給人們思考的問題不少。為什么最近這次太陽風(fēng)暴是“雨點(diǎn)小雷聲大”，一些科學(xué)家預(yù)測與實(shí)際影響相距甚遠(yuǎn)？不久的未來會(huì)不會(huì)發(fā)生某些人預(yù)測的“世紀(jì)超級太陽風(fēng)暴”？
“用一個(gè)形象的說法就是，并不是太陽一‘打噴嚏’，地球就會(huì)‘感冒’。”顏毅華介紹說，并不是每一個(gè)太陽耀斑、日冕物質(zhì)拋射都會(huì)對地球造成影響，它們爆發(fā)的方向是否正對地球、太陽風(fēng)暴到達(dá)地球后所剩能量有多大，這些都是考量的重要因素。而且，有地球磁層的保護(hù)，太陽風(fēng)暴對人類生活的影響會(huì)大大降低。“這好比人體的免疫系統(tǒng)，保護(hù)著人體健康。只有攜帶與地球磁場極性相反磁力線的日冕物質(zhì)拋射才會(huì)割斷地球磁力線，撕裂地球磁層進(jìn)入地球”。
“另一方面，這次爆發(fā)的只是一次C級耀斑，屬于弱耀斑，對地球的威脅有限。”顏毅華告訴記者，耀斑通常可分成A、B、C、M、X五個(gè)級別，每個(gè)級別中又可劃分10個(gè)等級。一般地球上觀測到的弱耀斑是C級，M級是主要大耀斑，而X級則是極大耀斑。“在每個(gè)太陽活動(dòng)高峰期，一般會(huì)產(chǎn)生10個(gè)左右X9級以上的極大耀斑。”
針對美國航空航天局發(fā)出的“2013年前后，一場大規(guī)模的太陽風(fēng)暴將以前所未有的能量沖擊地球”的警告，顏毅華介紹說，“所謂的卡林頓事件似的‘超級太陽風(fēng)暴’屬于極小概率事件”。之所以會(huì)有這種警告，原因在于太陽活動(dòng)周期每11年達(dá)到峰值，預(yù)計(jì)2013年太陽黑子出現(xiàn)的數(shù)量為最多達(dá)到峰值，于是太陽風(fēng)暴發(fā)生的機(jī)會(huì)就多。公眾沒必要產(chǎn)生恐慌，當(dāng)然科學(xué)家們也肯定不會(huì)掉以輕心。
還不能準(zhǔn)確預(yù)測太陽風(fēng)暴，可通過監(jiān)測預(yù)報(bào)影響地球時(shí)間和力度
“目前，人類還不能準(zhǔn)確預(yù)測太陽風(fēng)暴的發(fā)生，但是通過監(jiān)測太陽的活動(dòng)，我們完全可以像預(yù)報(bào)臺風(fēng)登陸一樣，預(yù)測太陽風(fēng)暴對地球的影響時(shí)間和力度。”顏毅華說，如果是耀斑活動(dòng)，從太陽耀斑產(chǎn)生到地球上觀測到耀斑活動(dòng)，大約需要8分鐘的時(shí)間。而太陽風(fēng)暴中產(chǎn)生的高能粒子到達(dá)地球大概需要半個(gè)小時(shí)。另外，日冕拋射出的帶電粒子到達(dá)地球的時(shí)間為數(shù)十小時(shí)。
顏毅華介紹說，“在這個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)，我們完全可以從引起耀斑的太陽磁場扭曲程度，大致判斷出即將發(fā)生的太陽風(fēng)暴的大小。如果是日冕物質(zhì)拋射活動(dòng)，那它一般需要半天至三四天才能到達(dá)地球進(jìn)而影響地球磁場。我們可以通過監(jiān)測太陽的活動(dòng)發(fā)出預(yù)警，從而采取主動(dòng)的防御措施，比如衛(wèi)星處于收藏狀態(tài)，對磁高緯地區(qū)降低輸電線電壓或關(guān)閉電網(wǎng)，暫停跨越地球極區(qū)的航空服務(wù)等，躲開或減少太陽風(fēng)暴對人類的危害。”
據(jù)介紹，我國已基本建成能夠?qū)Πㄌ柎艌鲈趦?nèi)的多種物理參量進(jìn)行測量的地基太陽觀測體系。國家天文臺、紫金山天文臺、云南天文臺等有多種先進(jìn)的光學(xué)、紅外、射電等波段的太陽觀測儀器，云南天文臺一米紅外太陽塔和國家天文臺射電日像儀等新型設(shè)備也正在建設(shè)中，將可在太陽風(fēng)暴監(jiān)測中發(fā)揮重要作用。
專家指出，由于地基觀測會(huì)受到地球大氣的影響，通過航天器進(jìn)行空間觀測更具有優(yōu)勢。遺憾的是我國目前還沒有一顆專業(yè)的太陽物理觀測衛(wèi)星運(yùn)行，這限制了太陽物理研究和空間科學(xué)的發(fā)展。
目前，由中國科學(xué)院國家天文臺主持的“空間太陽望遠(yuǎn)鏡”項(xiàng)目正在積極申報(bào)，有望建成世界上最大最先進(jìn)的太陽望遠(yuǎn)鏡，使我國監(jiān)測太陽活動(dòng)能力進(jìn)入國際前列。