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专家:太阳风暴是高技术时代的一种富贵病

发布时间:2010年08月23日 09:26 | 进入复兴论坛 | 来源:人民日报

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冯琦编制(新华社发)

美国航天局公布的由卫星拍摄的8月9日太阳活动照片。

  人民图片

8月1日爆发、8月4日到达的太阳风暴影响地球示意图。 人民图片

  8月上旬,距地球1.49亿公里之外的太阳耀斑等爆发,引发了一场太阳风暴,也在地球高纬度地区上演了一场瑰丽的极光之舞。地球照旧安然无恙,但诸如“太阳风暴将正面‘击中’地球”、“人类将重回黑暗时代”等报道,却引起广泛关注。

  看似来势汹汹的太阳风暴,究竟只是一场瞬间即逝的“美丽焰火”,还是狰狞未露的“黑暗使者”?不久的未来会爆发超级太阳风暴吗?记者采访了有关专家。

  从现在起到2015年前后,太阳将越来越活跃

  “太阳风暴并不是一个科学术语,只是一种通俗的说法。”国家天文台中科院太阳活动重点实验室主任颜毅华研究员从专业角度解释了太阳风暴的形成,“在黑子活动高峰阶段,太阳会产生一系列剧烈的爆发活动,比如太阳耀斑、日冕物质抛射等。这个过程太阳会向四面八方释放出大量带电粒子,并形成高速粒子流。这其中,那些撞上地球并对地球空间环境造成危害影响的活动就叫太阳风暴。”

  “太阳风暴与太阳黑子和太阳的能量释放密切相关,要想认识太阳风暴,要先弄明白三个概念,什么是太阳黑子、耀斑和日冕物质抛射。”颜毅华解释说,太阳黑子是一种形象的叫法,由于太阳磁力线管与太阳表面相交,磁力线束缚使得管内的物质较周围温度为低,呈现出颜色较暗的黑点,太阳黑子因此得名。

  太阳黑子数量的平均变化周期约为11年,称为太阳活动周期,每个周期的太阳黑子分布图又被形象地称为“蝴蝶图”(若以黑子出现的纬度为纵坐标,以时间为横坐标,所绘制的黑子分布图形似蝴蝶,故名)。颜毅华介绍说,上一个太阳活动周期从1996年开始到2009年结束,持续了13年。“太阳已经进入了新的活动周期,从现在起到2015年前后,太阳将越来越活跃。”

  耀斑和日冕物质抛射是太阳活动的重要表现,是太阳风暴的源头。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,一个大的耀斑可发射高达10的25次方焦耳的能量,相当于全世界每个人“挨”一颗氢弹,或者是1000万座火山同时喷发的能量。

  日冕物质抛射则是太阳日冕中的物质向外喷射的现象。大的日冕物质抛射可将上百亿吨物质加速到每秒几百甚至上千公里,最快可达每秒2000多公里,这个速度相当于空客380飞机最高速度的7000多倍。

  “耀斑和日冕物质抛射喷发的物质和能量虽然绝大部分消散在太空中,但是还是会有少量冲撞地球,这会给我们居住的蓝色星球的空间环境带来影响”,颜毅华说,“这种影响究竟有多大,具体情况不同,影响大小也很不相同。”

  历史上少有太阳活动造成重大灾害记载,太阳风暴逐渐成为“电子时代富贵病”

  尽管太阳活动周期仅为11年,但即使如此频繁的太阳活动,历史上却少有其造成重大灾害的记载。不过,近一个世纪以来,太阳风暴对人类生活的影响正变得越来越大,甚至经常有很多人将太阳风暴与所谓“末日论”联系在一起。

  两百年前,随着人类进入电力时代,太阳风暴的威胁也相伴而来。历史上曾发生多次严重的太阳风暴事件,其中1859年发生的“卡林顿事件”是历史记录中最大规模的,堪称“超级太阳风暴”。强烈的地磁效应使得刚刚形成的电报网络陷入瘫痪。20世纪迄今对人类影响最严重的太阳风暴发生在1989年,在90秒内烧毁1万多个变压器,致使加拿大魁北克省电力中断9小时。

  “可以说,太阳风暴是我们高技术时代的一种富贵病。”颜毅华说,随着电子时代的来临,我们的生活越来越多地与电力、卫星通讯联系在一起,对地球空间环境的依赖越来越深,太阳风暴的影响自然就显现出来了。

  太阳风暴最直接的危害,就是对太空中航天器的威胁。强烈的太阳风暴可能会造成卫星芯片击穿、控制紊乱,甚至使航天器的轨道偏离,几乎每次大的太阳风暴过后都会有卫星损坏的报告。而且,太阳风暴的剧烈辐射还会对宇航员的健康构成严重威胁。

  此外,太阳风暴的大量带电粒子掠过地球,一方面会使地球电磁场发生变化,引起地磁暴、电离层暴,并影响无线电通讯特别是短波通讯,并进一步波及航空运输以及卫星导航装置等。另一方面,太阳风暴还会对高纬度地区地面的电力网、长距离管道感应出强大电势,造成电网过载、管道腐蚀,影响输电、输油、输气管线系统的安全。

  颜毅华认为,太阳活动对气候生态的长期影响是肯定的,但具体作用机制尚不清楚。目前尚无证据表明,太阳风暴与天气、地震、物种灭绝有直接关系。

  太阳“打喷嚏”,地球不一定会“感冒”

  风暴已过,但留给人们思考的问题不少。为什么最近这次太阳风暴是“雨点小雷声大”,一些科学家预测与实际影响相距甚远?不久的未来会不会发生某些人预测的“世纪超级太阳风暴”?

  “用一个形象的说法就是,并不是太阳一‘打喷嚏’,地球就会‘感冒’。”颜毅华介绍说,并不是每一个太阳耀斑、日冕物质抛射都会对地球造成影响,它们爆发的方向是否正对地球、太阳风暴到达地球后所剩能量有多大,这些都是考量的重要因素。而且,有地球磁层的保护,太阳风暴对人类生活的影响会大大降低。“这好比人体的免疫系统,保护着人体健康。只有携带与地球磁场极性相反磁力线的日冕物质抛射才会割断地球磁力线,撕裂地球磁层进入地球”。

  “另一方面,这次爆发的只是一次C级耀斑,属于弱耀斑,对地球的威胁有限。”颜毅华告诉记者,耀斑通常可分成A、B、C、M、X五个级别,每个级别中又可划分10个等级。一般地球上观测到的弱耀斑是C级,M级是主要大耀斑,而X级则是极大耀斑。“在每个太阳活动高峰期,一般会产生10个左右X9级以上的极大耀斑。”

  针对美国航空航天局发出的“2013年前后,一场大规模的太阳风暴将以前所未有的能量冲击地球”的警告,颜毅华介绍说,“所谓的卡林顿事件似的‘超级太阳风暴’属于极小概率事件”。之所以会有这种警告,原因在于太阳活动周期每11年达到峰值,预计2013年太阳黑子出现的数量为最多达到峰值,于是太阳风暴发生的机会就多。公众没必要产生恐慌,当然科学家们也肯定不会掉以轻心。

  还不能准确预测太阳风暴,可通过监测预报影响地球时间和力度

  “目前,人类还不能准确预测太阳风暴的发生,但是通过监测太阳的活动,我们完全可以像预报台风登陆一样,预测太阳风暴对地球的影响时间和力度。”颜毅华说,如果是耀斑活动,从太阳耀斑产生到地球上观测到耀斑活动,大约需要8分钟的时间。而太阳风暴中产生的高能粒子到达地球大概需要半个小时。另外,日冕抛射出的带电粒子到达地球的时间为数十小时。

  颜毅华介绍说,“在这个时间间隔内,我们完全可以从引起耀斑的太阳磁场扭曲程度,大致判断出即将发生的太阳风暴的大小。如果是日冕物质抛射活动,那它一般需要半天至三四天才能到达地球进而影响地球磁场。我们可以通过监测太阳的活动发出预警,从而采取主动的防御措施,比如卫星处于收藏状态,对磁高纬地区降低输电线电压或关闭电网,暂停跨越地球极区的航空服务等,躲开或减少太阳风暴对人类的危害。”

  据介绍,我国已基本建成能够对包括太阳磁场在内的多种物理参量进行测量的地基太阳观测体系。国家天文台、紫金山天文台、云南天文台等有多种先进的光学、红外、射电等波段的太阳观测仪器,云南天文台一米红外太阳塔和国家天文台射电日像仪等新型设备也正在建设中,将可在太阳风暴监测中发挥重要作用。

  专家指出,由于地基观测会受到地球大气的影响,通过航天器进行空间观测更具有优势。遗憾的是我国目前还没有一颗专业的太阳物理观测卫星运行,这限制了太阳物理研究和空间科学的发展。

  目前,由中国科学院国家天文台主持的“空间太阳望远镜”项目正在积极申报,有望建成世界上最大最先进的太阳望远镜,使我国监测太阳活动能力进入国际前列。

  赵亚辉 王珪珍 刘耀辉

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