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太阳风暴

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简介编辑本段回目录

太阳风暴指太阳在黑子活动高峰阶段产生的剧烈爆发活动。爆发时释放大量带电粒子所形成的高速粒子流,严重影响地球的空间环境,破坏臭氧层,干扰无线通信,对人体健康也有一定的危害。
太阳会在太阳黑子活动的高峰时产生太阳风暴,它是由美国“水手2号”探测器于 1962 年发现的,它是太阳因能量的增加而使得自身活动加强,从而向广袤的空间释放出大量带电粒子所形成的高速粒子流,科学家把这一现象比喻为太阳打“喷嚏”。由于太阳风中的气团主要内容是带电等离子体,并以每小时 150 万到 300 万公里的速度闯入太空,因此它会对地球的空间环境产生巨大的冲击。太阳风暴爆发时,将影响通讯、威胁卫星、破坏臭氧层,对人体的健康也会造成一定影响。[1]

太阳风暴特点编辑本段回目录

太阳黑子活动通常以11年为一个周期,本次周期的高峰在2000年就已出现。在高峰过后3年多,太阳黑子再度活跃,导致太阳风暴产生,某种程度上有些反常。除太阳风暴效应外,太阳黑子还会导致高能量的耀斑爆发,后者也许还将持续一两周时间,可能影响到地球上的无线电通信。
新一轮太阳风暴主要由太阳表面新形成的巨大黑子群释放出的气体和带电粒子流引起,以每小时约320万公里的速度向地球袭来。

肉眼观察非常危险编辑本段回目录

用肉眼观察“太阳黑子”非常危险,由于产生黑子时,阳光尤其刺眼;肉眼直接观察,将极易被强烈的光线所灼伤。王思潮介绍了一种较为安全的观测方法,将墨汁倒入太阳下盛水的脸盆中,水变黑后,太阳倒影在里面,会显示出黑子的现象,不过观测到的要淡得多。 [1]

形成过程编辑本段回目录

太阳风暴是太阳因能量增加向空间释放出的大量带电粒子流形成的高速粒子流。由于太阳风暴中的气团主要内容是带电等离子体,并以每小时150万到300万千米的速度闯入太空,太阳风暴随太阳黑子活动周期每11年发生一次。它是一种太阳自身的周期性变化。科学家形象地把太阳风暴比喻为太阳打“喷嚏”。每个周期内都会有峰年,这时太阳表面会产生大耀斑和巨大的黑子群,而黑子群释放的气体和带电粒子与地球磁场发生撞击后会产生地磁冲击波,而后引发地球磁暴,这就是太阳风暴的形成过程。
太阳风可激发地球高纬度产生极光太阳风可激发地球高纬度产生极光
太阳风暴是太阳磁场变化到一定程度导致能量爆发的产物。太阳上不同区域的磁场互相影响,到达一个“极限点”之后如果遇上电流,就会在瞬间生成新的磁场,太阳大气中大量带电粒子向外喷发。

周期编辑本段回目录

美国航天局“太阳动态观测台”发回第一组太阳风暴肆虐画面美国航天局“太阳动态观测台”发回第一组太阳风暴肆虐画面

由于太阳风暴中的气团主要内容是带电等离子体,并以每小时150万到300万千米的速度闯入太空,太阳风暴随太阳黑子活动周期每11年发生一次。它是一种太阳自身的周期性变化。

科学家形象地把太阳风暴比喻为太阳打“喷嚏”。每个周期内都会有峰年,这时太阳表面会产生大耀斑和巨大的黑子群,而黑子群释放的气体和带电粒子与地球磁场发生撞击后会产生地磁冲击波,而后引发地球磁暴,这就是太阳风暴的形成过程。太阳上不同区域的磁场互相影响,到达一个“极限点”之后如果遇上电流,就会在瞬间生成新的磁场,太阳大气中大量带电粒子向外喷发。

太阳风暴爆发性活动对人类的影响编辑本段回目录

太阳风暴期间,太阳发出的X射线和远紫外线(指波长为0.1~140纳米的电磁波)、射电波(指波长为1毫米~10厘米的电磁波)以及高能粒子流(如质子、α粒子、电子等)等离子体云等都会大大加强,从而会引发相关的地球物理现象发生。

太阳风暴太阳风暴

太阳风暴期间所射出的X射线会比平时增加1000倍,X射线的增加会大大增加地球大气中电离层的电子密度,从而使短波无线电通讯受到严重干扰,甚至会导致无线电通讯中断。例如,1989年太阳活动22周峰年期间,一次大的太阳耀斑曾使地球上的短波无线电通讯中断达1小时以上。太阳风暴时产生的高能粒子流会使空间飞行中的一些探测仪器和计算机系统受到严重损害,并会直接威胁到太空飞行人员的生命安全。全球定位卫星GPS9783在太阳活动22周峰年期间共发生了13个位翻转错误。太阳风暴时的高能质子会在地球的近地空间造成通量较大的太阳宇宙线事件,被称为质子事件。同时这些高能质子还会使地球两极上空的大气发生扰动,导致短波通讯中断等。太阳风暴时紫外辐射的强烈变化会直接改变地球高层大气的温度和密度,从而会使人造卫星等空间飞行器的轨道发生改变,直接威胁其运行安全。

太阳耀斑
太阳耀斑是太阳表面局部区域突然和大规模的能量释放过程。耀斑发生时,强烈的辐射覆盖整个电磁波谱,包括γ射线、Χ射线、紫外线、可见光,直到射电波段,同时,电子、质子和重离子等粒子在太阳大气中被加热和加速。一个大的耀斑可发射高达1025焦耳的能量,相当于全世界每个人挨一颗氢弹。这个能量比火山爆发所释放的能量大1000万倍,但小于太阳每秒钟所发射总能量的十分之一。
大的太阳耀斑会对地球空间(包括高层大气、电离层和磁层)进行三轮“攻击”。首先,耀斑所产生的X射线暴以光速飞向地球,使向阳面电离层的电离增强,短波通信受到干扰甚至完全中断。第二轮攻击是相对论带电粒子(主要是质子和电子),它们的速度接近于光速,在耀斑发生30分钟左右到达地球空间,通过多种物理效应对卫星产生破坏作用。
第一种效应是单粒子事件,当单个质子或重离子打到航天器内电子器件的芯片上时,芯片内产生电荷过大,将电路锁定在一个状态,只有关断电源,重新启动方可使装置恢复正常,这种效应称为单粒子锁定。严重时可导致单粒子烧毁。第二种效应是航天器内部充电。高能电子具有很强的穿透能力,它们能穿透卫星的外壳,进入卫星内部,并能穿进绝缘介质内部,在里面积累起来。随着积累的电荷增多,电场越来越强,当电场增加到一定程度时,绝缘介质被击穿。如果这种事件发生在卫星的关键部件,可导致整个卫星报废。1998年5月,一个强的高能电子暴使美国的通信卫星“银河4号”失效,导致美国部分州之间的信用卡业务中断,部分地区的电视节目中断。
高能粒子还危害航天员的健康。1989年1月19日,美国亚特兰蒂斯号航天飞机在发射伽利略号飞船时,航天员感觉到有闪光,这是高能粒子打到视网膜上引起的。航天员不得不退回到航天飞机内,但眼睛仍受到严重刺激。高能带电粒子还会对航空飞行员和旅客带来损伤。如1989年9月29日,在巴黎与华盛顿之间飞行的协和式飞机上的辐射监视器,发现飞机内的辐射剂量超过了警戒线。
第三轮攻击是太阳风,它们在耀斑发生2天至3天到达地球的磁层,可在地球空间产生磁暴。
太阳强粒子辐射还会对人类生存环境产生影响。如1965年2月和1972年8月曾发生过两次大的质子事件,前一次使地面的中子数约增加了90倍,大气中的碳14同位素增加了10%,后一次使平流层中的臭氧长时期地减少15%。美国卫星于1994年拍摄到的高能电子穿透大气层的图像表明,高能电子在中、低纬大气层的强度也很高。高能电子在大气层会产生氮的化合物,直接影响全球臭氧的分布。
臭氧对紫外线有很强的吸收作用,臭氧层的存在使不致有太多的太阳辐射的紫外线到达地面,对人类及生物起着重要的保护作用。
根据太阳耀斑期间发出的软X射线光子流量,可将耀斑分成C、M和X三大类。C类流量最低,X类流量最高,每类流量相差10倍。各大类还可再细分为多个小级别,如C1到C9,X1到X20。从10月28日到11月5日,已经发生了两次X17级的耀斑。而从1976年以来,只记录到两次X20级耀斑,因此称10月底到11月初的大耀斑,是自1976年以来的第三大耀斑。
日冕物质抛射
太阳最外层大气称为日冕。日冕物质抛射(缩写为CME)是太阳日冕中的物质瞬时向外膨胀或向外喷射的现象。大的CME可含有10亿吨物质,这些物质被加速到每秒几百甚至上千公里。当它们与地球的磁层相遇时,会使磁层产生强烈地扰动。CME有时伴随耀斑,但通常单独发生。耀斑有时伴随CME,但有时也单独发生。在太阳活动最大年,太阳每天产生大约3次CME,而在活动最小时,大约每5天产生一次CME。快速CME向外的速度可达每秒2000公里,而正常的太阳风速度约每秒400公里。CME通常是产生大的非重现性磁暴的源。
太阳风
由于日冕气体温度很高,足以克服太阳引力,以每秒约400公里的速度离开太阳。这个外流的等离子体称为太阳风。太阳风主要由质子和电子组成,但有少量氦核及微量重离子成分。在地球轨道附近,每立方厘米的太阳风中含有大约8个质子和等量的电子。
如果在X射线波段观测太阳,可以看到太阳表面有黑的区域,这些区域称为冕洞。一般认为,高速太阳风源于冕洞。在太阳耀斑期间,带电粒子可被加速到至少100倍的太阳风速度。在发生CME时,也常常伴随着高能粒子发射。
太阳黑子
太阳黑子是太阳表面上黑色斑点,有瞬变的、集中的磁场。他们是太阳最显著的可见特征。黑子大小相差很大,有小、中、大和特大黑子。大的黑子有地球那样大,特大黑子是地球的10倍。黑子通常是成群出现的,一群黑子通常由几个小、中和大的黑子组成。通过对太阳黑子200多年的系统观测,发现太阳黑子数目每11.2年达到最大。随着太阳旋转,一个特定的黑子返回到太阳同一位置大约需要27天。也就是说,太阳黑子以27天和11年为周期变化。黑子群,特别是具有复杂磁场形状的黑子群常常是发生耀斑的地方。上月底和本月初的几次大耀斑,都发生在486和488号大黑子群所在区域。
磁暴
磁暴是全球范围内地磁场的剧烈扰动,扰动持续时间在十几小时到几十小时之间。地磁场的扰动是由撞击地球的太阳风引起的。磁暴对输电系统可产生破坏作用。近年来最引人注目的磁暴损坏输电系统的事件发生在1989年3月。一个强磁暴使加拿大魁北克的一个巨大电力系统损坏,6百万居民停电达9小时,光是电力损失就达2千万千瓦,直接经济损失约5亿美元。据美国科学家估计,此事件若发生在美国东北部,直接经济损失可达30至60亿美元。
突发电离层骚扰
太阳耀斑产生的高能电磁辐射暴(紫外线和X射线)以光速运动,在离开耀斑位置仅8分钟就到达地球。高层大气对太阳耀斑产生的紫外线和X射线暴的直接响应,是几分钟到几小时的时间内在向阳半球电离的突然增加,短波和中波无线电信号立即衰落甚至完全中断,这种现象称突发电离层骚扰,电离层扰动严重影响通讯的例子屡见不鲜。
科学家们还发现一些气象要素的长期变化与太阳活动的11年和22年周期之间有关等等。中国长江中下游的洪涝灾害也有22年左右的准周期。太阳活动对地震活动存在着一定的调制作用,统计结果表明,往往在太阳活动峰年后3~4年会出现强地震活动。[1]

灾难事件编辑本段回目录

(图)太阳风暴太阳风暴

1989年3月13-14日,太阳风暴造成加拿大魁北克地区电网停电;全球无线电通讯受到干扰;日本一颗通讯卫星异常;美国一颗卫星轨道下降;

1991年4月29日,强磁暴发生后使美国缅因州核电厂发生灾难性破坏;

1994年1月20-21日,两个加拿大通讯卫星发生故障;

1997年1月6-11日的日冕物质抛射使AT&T公司通讯卫星报废;

1998年5月19日美国银河四号通讯卫星失效,同时德国一颗科学卫星报废;

2000年7月14日欧美的GOES、ACE、SOHO、WIND等重要科学研究卫星受到严重损害,日本的ASCA卫星失控,AKEBONO卫星的计算机遭到破坏。

2003年10月28日,欧美的GOES、ACE、SOHO、WIND等重要科学研究卫星受到不同程度损害,日本“回声”卫星失控。

警告编辑本段回目录

(图)美探测器拍摄到的太阳风暴爆发照片美探测器拍摄到的太阳风暴爆发照片

美国科学家警告说,2012年地球将会遭遇强烈的太阳风暴,其破坏力将远远超过“卡特里娜”飓风,而且地球上几乎所有的人都将难逃其灾难性的影响。

美国国家科学院在2009年1月发布的一份特别报告中声称,这种灾难完全有可能会发生。该研究报告由美国宇航局出资赞助。

美国科学家警告认为,2012年的强太阳风暴将给地球人类带来巨大的灾难,它的影响力将渗透到现代社会的每一个方面。在发出警告的专家看来,太阳风暴给地球的影响可能是“多米诺骨牌式的”。试想,当电网变得脆弱和不稳定,与供电息息相关的行业也将成为受害者:制冷设备停转,冷库里大量的食物和药品失去储藏条件而变质;水泵突然停止运转,社区的居民饮水成为难题。此外,由于卫星信号中断,GPS定位系统也会因此成为废物。事实上早在1859年就发生过类似事件,当时的太阳爆发竟然导致电报线烧毁。当然,现在地球上布满了有线和无线设施,但这些设施都难以经受太阳风暴袭击的考验。

但也有专家表达了不同的看法,认为太阳风暴的影响主要集中在外太空,而由于地球磁场和大气层的阻挡效应,生活在地球上并不会因此受到过于明显的干扰。专家们表示,当太阳风暴活动活跃时,黑子不断燃烧、爆炸,期间释放的大量紫外线会使地球上空的电离层浓度突然增加,吸收掉短波的能量,从而造成对短波无线电信号的干扰。但日常生活中人们使用的手机,包括部分无线电都不通过电离层传播信号,因此一般的太阳风暴对地球表面的通信影响不会太大。理论上,一般的太阳风暴强度还不至于冲破地球大气和磁场的保护,对地球上的现存物种构成致命威胁。但对于2012年的太阳风暴,专家担心可能成为一个例外。

太阳风暴带来的灾难后果 我们该如何应对编辑本段回目录

科学家预测2012年地球将遭遇强太阳风暴袭击,届时将给地球带来“多米诺骨牌式”的影响,其影响力将渗透到现代社会的方方面面。
人们不禁会问,这次太阳风暴是否真的会到来?究竟会给人类带来什么影响?我们如何才能去应对呢?
影响范围
太阳风暴一般对地球影响小,一般太阳风暴的影响主要集中在外太空。
当太阳风暴活动活跃时,黑子不断燃烧、爆炸,其间释放的大量紫外线会使地球上空的电离层浓度突然增加,吸收掉短波的能量,从而造成对短波无线电信号的干扰。专家指出,日常生活中人们使用的手机,包括部分无线电都不通过电离层传播信号,因此一般的太阳风暴对地球表面的通信影响不会太大。

太阳风暴太阳风暴

另外,由于地球磁场和大气层的阻挡效应,一般的太阳风暴并不会对人类的生活产生明显的影响。
剧烈活动引发地磁暴
中国科学院空间环境研究预报中心副主任、中国科学院国家天文台太阳活动重点实验室王华宁研究员认为,目前的太阳爆发活动强度还不至于冲破地球大气和磁场的保护,对地球上的现存物种构成致命威胁。但这并不意味着太阳爆发活动总是像现在这样“温和”。
一旦太阳爆发出的能量超过地球磁场和大气的防护能力,必然引起地球附近空间环境发生强烈变化,当这些巨大的力量冲击到地球磁场和大气时,将引发地磁暴、电离层暴等现象。
灾难后果
此次美国科学家预测在2012年地球就将遭遇强太阳风暴的袭击,他们认为届时太阳会向地球喷发数十亿吨的物质,诱发电磁暴,人类几乎所有的电子系统都会受到影响。
如何应对
那么人类该如何应对突如其来的超级太阳风暴呢?
大范围加强国际合作
专家认为应当通过共同探测,共同研究,资料共享,成果共享等方式进行广泛的国际合作,了解地球空间的各种空间环境变化是如何互相影响和关联的,从整体出发,增加人类对空间环境的理解和掌握。我国在太阳活动风暴预测方面非常重视国际合作与交流,积极开展预报方法研究,开展太阳活动监测数据共享。
钟秋珍介绍,中国在1991年成立世界警报中心北京日地物理预报中心,2000年根据国际空间环境服务组织的要求,更名为中国区域警报中心,下设四个分中心:地球物理预报中心、空间环境预报中心、电离层预报中心和太阳活动预报中心,每两年进行一次太阳活动研究成果和预报方法的交流。
近期比较大的探测计划———双星计划,是我国第一次以自己提出的探测计划开展国际合作的重大空间科学探测项目,合作对象是欧洲空间局。

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