不一樣的太空臺風

韓婷葦

彩云、煙花、小熊、查帕卡、蒲公英……這些名字聽著溫柔又絢麗，卻是可以造成巨大危害的臺風的名字。2021年，臺風“煙花”給我國帶來了創(chuàng)紀錄的降雨量，也加劇了河南的洪澇災(zāi)害，造成了嚴重的人員傷亡和經(jīng)濟損失。

臺風、颶風和旋風聽起來像是不同類型的自然災(zāi)害，但其實是完全相同的現(xiàn)象。它們都指發(fā)生在熱帶地區(qū)急速旋轉(zhuǎn)的低壓大氣渦旋，統(tǒng)稱為熱帶氣旋。臺風、颶風和旋風本質(zhì)相同，只是由于“出生地”不同而擁有了不同的名字。發(fā)生在西北太平洋及中國南海海域的熱帶氣旋被稱為臺風；發(fā)生在大西洋，包括墨西哥灣、加勒比海以及北太平洋東部的是颶風；發(fā)生在南太平洋和印度洋的為旋風。受科里奧利力的影響，熱帶氣旋在北半球做逆時針方向旋轉(zhuǎn)；在南半球則做順時針方向旋轉(zhuǎn)；赤道上的科里奧利力是垂直于地面向上的，所以赤道上不會形成臺風。

臺風的最大風速會超過32.7米每秒，不過臺風眼天氣晴朗，幾乎無風。這是因為臺風眼外區(qū)的空氣劇烈旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)時所造成的離心力與向中心旋轉(zhuǎn)吹入之風力互相平衡、抵消，使得強風不能再向中心聚合，因此形成臺風眼數(shù)十千米范圍內(nèi)的無風現(xiàn)象。從氣象觀測角度而言，臺風眼越清晰，臺風中心風力越大，臺風的強度也越強。

臺風一般發(fā)生在地球大氣中最接近地面的對流層中，它的出現(xiàn)往往伴隨著狂風暴雨，給人類的生產(chǎn)、生活帶來巨大的財產(chǎn)損失和生命威脅。那么，在地球或其他行星的高層大氣中，有沒有類似的臺風現(xiàn)象呢？多年來，科學(xué)家們一直都在尋找它。2021年，我國科學(xué)家首次在地球極區(qū)電離層與磁層發(fā)現(xiàn)了類似臺風的現(xiàn)象，并將其命名為太空臺風。

太空臺風與低層大氣臺風有一些共同點，但也有許多不同之處。太空臺風的形狀像一個漏斗，它和低層大氣臺風一樣，有著臺風眼和“旋轉(zhuǎn)的手臂”，還都有“降水”環(huán)節(jié)。但不同于低層大氣臺風向地面降水降雨，太空臺風的“降水”是向高層大氣傳輸高能粒子——極光。

太空臺風和低層大氣臺風形成的原因也完全不同。低層大氣臺風源于熱帶海洋上方的暖濕空氣上升造成的潛熱通量；而太空臺風則源于極端平靜的行星際條件下太陽風與磁層的相互作用，它可能是宇宙中有等離子體和固有磁場的星體的普遍現(xiàn)象。

研究人員還通過進一步觀測與模擬對比分析，揭示了太空臺風的形成機制。在長時間極端平靜期內(nèi)，發(fā)生在地球高緯度的磁層與太陽風相互作用及演化，促使在北極磁極點上方的電離層與磁層形成一個巨大的順時針旋轉(zhuǎn)的漏斗形磁螺旋結(jié)構(gòu)。這個結(jié)構(gòu)形成了太陽風帶電粒子直接進入地球中高層大氣、地球帶電粒子逃逸至磁層的通道，極大提升了太陽風——磁層能量的耦合效率。

太空臺風雖然不會像低層大氣臺風那樣直接作用于地面，但會影響現(xiàn)有的空間天氣條件，比如影響相關(guān)區(qū)域的衛(wèi)星和火箭的正常運行。因為在太空臺風出現(xiàn)時往往伴隨著高能電子的沉降，這些電子會對大氣層起到加熱作用，造成大氣層局部膨脹、密度升高，因此衛(wèi)星、火箭等在途經(jīng)相應(yīng)區(qū)域時，其運行軌道也會隨之“變形”，并且伴有信號擾動甚至丟失的發(fā)生。

更為危險的是，太空中懸浮著一些空間碎片，這對于人造衛(wèi)星來說是一個潛在的隱患。國際上通過編號來監(jiān)測衛(wèi)星的運行，但如果碰上太空臺風，衛(wèi)星的運行軌道發(fā)生變化，監(jiān)測就會失靈。另外，太空臺風還會給相關(guān)飛機航線的乘客帶來較大的輻射劑量。