來自太陽的風(fēng)暴

李　海

前不久，美國的一群科學(xué)家曾發(fā)出特級預(yù)警，2012年9月，地球?qū)⒂锌赡茉馐芤粓觥俺夛L(fēng)暴”的襲擊，地球上許多地方的電網(wǎng)將被摧毀，手機(jī)網(wǎng)絡(luò)癱瘓，互聯(lián)網(wǎng)也將崩潰……地球上幾乎所有的人都將難逃其災(zāi)難性的影響，這場“超級風(fēng)暴”的破壞力將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過“卡特里娜”颶風(fēng)。

什么風(fēng)暴有如此大的威力?什么風(fēng)暴能讓科學(xué)家發(fā)出這令人恐慌的預(yù)警呢?

這場風(fēng)暴不是一般的風(fēng)暴，它不是來自太平洋也不是來自大西洋，而是來自距地球約1.496億千米的太陽，人們稱之為“太陽風(fēng)暴”。

什么是太陽風(fēng)暴

有風(fēng)才會成風(fēng)暴，我們先來說說太陽風(fēng)。顧名思義，“太陽風(fēng)”就是從太陽上“吹”出來的風(fēng)。

太陽風(fēng)與地球上的風(fēng)有所不同。地球上的風(fēng)是由空氣組成的，而太陽風(fēng)是由物質(zhì)粒子流組成的。太陽風(fēng)是從太陽大氣最外層的日冕向空間持續(xù)拋射出來的。除了風(fēng)的組成不一樣之外，太陽風(fēng)的密度與地球上的風(fēng)的密度相比，也大不相同。地球上風(fēng)的密度約為每立方厘米2687億億個分子，而一般情況下，太陽風(fēng)在地球附近的行星際空間中，每立方厘米只有幾個到幾十個粒子。別看太陽風(fēng)十分稀薄，但它刮起來的猛烈勁，卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過地球上的風(fēng)。在地球上，12級臺風(fēng)的風(fēng)速是每秒32.6米以上，而太陽風(fēng)的風(fēng)速，在地球附近經(jīng)常保持在每秒350～450千米，算起來是地球風(fēng)速的上萬倍!

太陽風(fēng)分為兩種，一種“脾氣”溫和，一種“脾氣”暴躁。脾氣溫和的太陽風(fēng)也叫“持續(xù)太陽風(fēng)”或“寧靜太陽風(fēng)”。這種太陽風(fēng)的速度比較小，微粒含量也不大。這種太陽風(fēng)起源于平靜的日冕區(qū)，到達(dá)地球的時候，射流速度一般在每秒鐘450千米左右，每立方厘米含質(zhì)子數(shù)通常不超過10個，一般對地球的影響不是很大。

另一種太陽風(fēng)被稱為“擾動太陽風(fēng)”，也就是我們平時說的太陽風(fēng)暴，是在太陽活躍時期噴射出的粒子流。這種太陽風(fēng)速度較大，其射流速度一般可以達(dá)到每秒鐘1000-2000千米，粒子密度也比較大，每立方厘米可含質(zhì)子幾十個。這種太陽風(fēng)的“脾氣”比較暴躁，能對地球造成很壞的影響。

太陽風(fēng)從太陽“吹”向地球，一般只需要5-6天的時間。它一直可以“吹送”到冥王星軌道以外“日冥距離”(約合50個天文單位，即50x1.496億千米)的4倍處，才被星際氣體所阻止。

斟學(xué)探索

太陽風(fēng)的得名還和彗星有關(guān)。人們通過先進(jìn)的觀測手段發(fā)現(xiàn)，彗星離太陽越近，彗發(fā)(彗核周圍環(huán)繞著的云霧狀物質(zhì))就越明顯。彗尾就越長，而且彗尾的方向總是背對著太陽。于是，人們就開始猜測，也許太陽會放射出一種類似于風(fēng)的東西，對彗星產(chǎn)生影響。1958年，美國人造衛(wèi)星上的粒子探測器首次探測到了太陽上有微粒流從日冕的冕洞中發(fā)出，美國科學(xué)家帕克將其形象地命名為“太陽風(fēng)”。四年后，也就是1962年，從“水手2號”飛船獲得的資料中進(jìn)一步證實了“太陽風(fēng)”的存在。

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科學(xué)家最新發(fā)現(xiàn)，太陽風(fēng)暴外形看起來就像法式面點羊角面包，只不過，這個“羊角面包”卻好看不“好吃”。

太陽風(fēng)暴對地球有何影響

地球上的風(fēng)暴可以摧毀房屋路橋，造成人員傷亡。但對于從太陽吹來的風(fēng)，我們既聽不到風(fēng)聲，看不到樹搖，也感覺不到房屋和大地的晃動。然而，它的的確確會吹“疼”地球。

首先，脾氣大的擾動太陽風(fēng)由于其高速高粒子含量的特點，可以對地球產(chǎn)生比較明顯的干擾。這是因為太陽風(fēng)所含的微粒主要為氫粒子和氦粒子，當(dāng)?shù)竭_(dá)地球的電離層時，會對地球磁場產(chǎn)生擾動，因而對地球的通信等方面造成影響。比方說，太陽風(fēng)會造成人造地球衛(wèi)星短路，因而對全球的衛(wèi)星通信造成障礙，甚至使通訊中斷。而對于飛機(jī)的飛行以及人造衛(wèi)星而言，這樣的通訊故障有時候會帶來災(zāi)難性的后果。飛機(jī)失去了地面導(dǎo)航，猶如瞎了眼睛一般，而衛(wèi)星失去了地面通信，則可能迷失方向，甚至脫離地球軌道。

同時，由于沒有大氣層的保護(hù)，高能帶電粒子甚至可能對航天飛機(jī)和空間站中宇航員的生命構(gòu)成威脅。而且，高能帶電粒子闖入大氣層后，還會嚴(yán)重干擾地球上無線電通訊的正常工作。

太陽風(fēng)暴對地球最嚴(yán)重的影響則是對地球電網(wǎng)的影響。超級太陽風(fēng)暴抵達(dá)地球后，額外電流將穿過地球上的電網(wǎng)，地球上成千上萬個將高壓電轉(zhuǎn)變?yōu)榧矣秒姷淖儔浩魃系你~線都將快速加熱并熔化，從而導(dǎo)致地球上多數(shù)電網(wǎng)陷入癱瘓狀態(tài)，人類將重回“黑暗時代”。

但對于美國科學(xué)家提出的2012年的太陽風(fēng)暴預(yù)警，許多科學(xué)家持不同觀點。他們認(rèn)為太陽風(fēng)暴的影響主要集中在外太空，由于地球磁場和大氣層的阻擋效應(yīng)，生活在地球上的我們并不會因此受到過于明顯的干擾。而且，太陽風(fēng)暴活躍時。雖然會造成對短波無線電信號的干擾，但日常生活中人們使用的手機(jī)，包括部分無線電都不通過電離層傳播信號，因此一般的太陽風(fēng)暴對地球表面的通信影響不會太大。理論上，一般強(qiáng)度的太陽風(fēng)暴還不至于沖破地球大氣層和磁場的保護(hù)，對地球上的現(xiàn)存物種構(gòu)成致命威脅。

科學(xué)探索

太陽風(fēng)暴的強(qiáng)度可以從四個方面進(jìn)行衡量，即超高能粒子數(shù)量、可以看到極光的緯度、地球磁場變化的幅度、諸如電力中斷或者在此情況下發(fā)生的火災(zāi)等地面事故的數(shù)量。在1989年發(fā)生的猛烈地磁暴，使加拿大魁北克省停電達(dá)9小時，有些美國衛(wèi)星停止服務(wù)。1998年5月發(fā)生的一次太陽風(fēng)使美國發(fā)射的一顆通訊衛(wèi)星失靈，導(dǎo)致美國4000萬個尋呼用戶無法收到信息。在2003年10月，太陽上爆發(fā)強(qiáng)烈的太陽耀斑，引發(fā)近期最嚴(yán)重的地磁暴，使日本的一顆通訊衛(wèi)星短暫停止工作。

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當(dāng)太陽風(fēng)變成風(fēng)暴時，它們與地球磁場結(jié)合，就會在極地的天空產(chǎn)生美麗的極光。

太陽風(fēng)暴如何預(yù)測

如果可以提前預(yù)測太陽風(fēng)暴的話，人們就能更好地應(yīng)對諸如通信中斷、衛(wèi)星失靈、電力中斷以及宇航員受到威脅等問題。由于太陽風(fēng)暴的強(qiáng)弱與太陽黑子的強(qiáng)弱有關(guān)。所以，人類目前主要依靠對太陽黑子周期的預(yù)報，來監(jiān)測太陽風(fēng)暴的強(qiáng)度以及可能對地球產(chǎn)生的影響。

那什么是太陽黑子呢?在太陽的光球?qū)由?，有一些旋渦狀的氣流，像是一個個淺盤，中間下凹，從地球上看起來是黑色的，這些旋渦狀氣流就是太陽黑子。實際上，黑子本身并不黑，之所以顯得黑，是因為比起整個太陽光球?qū)觼?，它的溫度要低一兩千度，在更加明亮的光球?qū)右r托下，它就成為看起來像是沒有什么亮光的、暗黑的黑子了。太陽黑子很少單獨活動，常常成群出現(xiàn)。

人們經(jīng)過長期觀測發(fā)現(xiàn)，太陽上的黑子數(shù)目，有些年份較多，有些年份較少。黑子數(shù)目的變化具有周期性，大約每隔11年出現(xiàn)一次高峰。太陽黑子出現(xiàn)的多少，反映了太陽物質(zhì)活動的強(qiáng)弱。天文學(xué)家把太陽黑子最多的年份稱為“太陽活動峰年”，把太陽黑子最少的年份稱為“太陽活動寧靜年”。在活躍時期，太陽黑子的數(shù)量增多，會產(chǎn)生更強(qiáng)的太陽風(fēng)暴。

當(dāng)太陽上有大群黑子出現(xiàn)的時候，地球上的指南針會亂抖動，不能正確地指示方向；平時很善于識別方向的信鴿會迷路；無線電通訊也會受到嚴(yán)重干擾，甚至?xí)蝗恢袛嘁欢螘r間。這些反?，F(xiàn)象將會對飛機(jī)、輪船和人造衛(wèi)星的安全航行及電視傳播等等方面造成很大的威脅。

現(xiàn)在，科學(xué)家建立了太陽活動觀測網(wǎng)，世界各地的太陽觀測站24小時不停地觀測太陽，太空中還有多顆太陽觀測衛(wèi)星不間斷地對太陽進(jìn)行多波段的監(jiān)測?？茖W(xué)家還建立起了太陽活動預(yù)報中心和多個區(qū)域性預(yù)報中心。只要堅持不懈地對太陽進(jìn)行觀測和理論研究，科學(xué)家是可以比較準(zhǔn)確地預(yù)報對人類生活產(chǎn)生很大影響的強(qiáng)太陽風(fēng)暴的。

科學(xué)探索

美國國家大氣研究中心的科學(xué)家根據(jù)太陽表面下發(fā)生的現(xiàn)象及以往獲得太陽黑子周期數(shù)據(jù)，研發(fā)出了新的太陽動力學(xué)模型。借助于新模型，天文學(xué)家可以提供有關(guān)太陽黑子活動的早期預(yù)報。他們希望早期預(yù)報可以幫助電力公司、衛(wèi)星操控者和其他有關(guān)部門提前幾天甚至幾年做好應(yīng)對太陽黑子活動的準(zhǔn)備。據(jù)了解，這種新模型的預(yù)報準(zhǔn)確率可以達(dá)到98％。

美國國家宇航局于2006年10月發(fā)射了兩顆觀察衛(wèi)星，這兩顆幾乎相同的日地觀測衛(wèi)星在地球兩側(cè)與地球同速同軌道繞太陽運(yùn)行。它們?nèi)缤擞秒p眼觀察物體一樣，從不同的兩點同時觀察太陽日冕中發(fā)生的物質(zhì)拋射和其在太空中的傳播，為人們研究太陽風(fēng)提供了前所未有的獨特科學(xué)手段。

其他探測器也將擔(dān)負(fù)起探究太陽風(fēng)暴內(nèi)部之謎的重任，比如太陽動力學(xué)觀測站和太陽探測器。前者于2009年8月發(fā)射，后者尚在設(shè)計中，計劃無限靠近太陽，真正進(jìn)入太陽風(fēng)暴內(nèi)部進(jìn)行探測。

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據(jù)國外媒體報道，美國國家宇航局的科學(xué)家們在對太陽風(fēng)暴襲擊地球的資料進(jìn)行深入研究后得出結(jié)論稱，火星表面水的消失很可能也是太陽風(fēng)暴造成的。