太陽風(fēng)暴是劇烈太陽活動(dòng)及其在日地空間引起的強(qiáng)烈物理效應(yīng)的通俗說法。太陽上出現(xiàn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的黑子是發(fā)生太陽風(fēng)暴的征兆。耀斑、日珥爆發(fā)和日冕物質(zhì)拋射三種活動(dòng)現(xiàn)象往往在強(qiáng)太陽風(fēng)暴中全部出現(xiàn)，而在弱太陽風(fēng)暴中則不一定。科學(xué)家預(yù)計(jì)2010年將會(huì)出現(xiàn)超級(jí)太陽風(fēng)暴。

 簡介

太陽風(fēng)暴

太陽風(fēng)暴是太陽因能量增加向空間釋放出的大量帶電粒子流形成的高速粒子流。由于太陽風(fēng)暴中的氣團(tuán)主要內(nèi)容是帶電等離子體，并以每小時(shí)150萬到300萬千米的速度闖入太空，太陽風(fēng)暴隨太陽黑子活動(dòng)周期每11年發(fā)生一次。它是一種太陽自身的周期性變化?？茖W(xué)家形象地把太陽風(fēng)暴比喻為太陽打“噴嚏”。每個(gè)周期內(nèi)都會(huì)有峰年,這時(shí)太陽表面會(huì)產(chǎn)生大耀斑和巨大的黑子群，而黑子群釋放的氣體和帶電粒子與地球磁場發(fā)生撞擊后會(huì)產(chǎn)生地磁沖擊波，而后引發(fā)地球磁暴,這就是太陽風(fēng)暴的形成過程。太陽風(fēng)暴是太陽磁場變化到一定程度導(dǎo)致能量爆發(fā)的產(chǎn)物。太陽上不同區(qū)域的磁場互相影響，到達(dá)一個(gè)“極限點(diǎn)”之后如果遇上電流，就會(huì)在瞬間生成新的磁場，太陽大氣中大量帶電粒子向外噴發(fā)。

形成原因

太陽風(fēng)暴

為了能夠清楚的表述太陽風(fēng)是怎樣形成的，需要先了解太陽大氣的分層情況。

一般情況下，我們把太陽大氣分為六層，由內(nèi)往外依次命名為：日核，輻射區(qū)，對流層，光球，色球，日冕。日核的半徑占太陽半徑的四分之一左右，它集中了太陽質(zhì)量的大部分，并且是太陽百分之九十九以上的能量的發(fā)生地。光球是我們平常所見的明亮的太陽圓面，太陽的可見光全部是由光球面發(fā)出的。

而日冕位于太陽的最外層，屬于太陽的外層大氣。太陽風(fēng)就是在這里形成并發(fā)射出去的。

用X射線或遠(yuǎn)紫外線拍下的日冕照片上可以觀察到在日冕中存在著大片的長條形的或是不規(guī)則行的暗黑區(qū)域，通過人造衛(wèi)星和宇宙空間探測器拍攝的照片，我們可以發(fā)現(xiàn)在日冕上長期存在著這些長條形的大尺度的黑暗區(qū)域，這里的X射線強(qiáng)度比其他區(qū)域要低得多，從表觀上看就像日冕上的一些洞，我們形象的稱之為冕洞。

冕洞是太陽磁場的開放區(qū)域，這里的磁力線向宇宙空間擴(kuò)散，大量的等離子體順著磁力線跑出去，形成高速運(yùn)動(dòng)的粒子流。粒子流在冕洞底部速度為每秒16km左右，當(dāng)?shù)竭_(dá)地球軌道附近時(shí)，速度可達(dá)每秒300~400km以上。這種高速運(yùn)動(dòng)的等離子體流也就是我們所說的太陽風(fēng)。

太陽風(fēng)從冕洞噴發(fā)而出后，夾帶著被裹挾在其中的太陽磁場向四周迅速吹散?，F(xiàn)在我們肯定，太陽風(fēng)至少可以吹遍整個(gè)太陽系。

當(dāng)太陽風(fēng)到達(dá)地球附近時(shí)，與地球的偶極磁場發(fā)生作用，并把地球磁場的磁力線吹得向后彎曲。但是地磁場的磁壓阻滯了等離子體流的運(yùn)動(dòng)，使得太陽風(fēng)不能侵入地球大氣而繞過地磁場繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)。于是形成一個(gè)空腔，地磁場就被包含在這個(gè)空腔里。此時(shí)的地磁場外形就像一個(gè)一頭大一頭小的蛋狀物。

但是，當(dāng)太陽出現(xiàn)突發(fā)性的劇烈活動(dòng)時(shí)，情況會(huì)有所變化。此時(shí)太陽風(fēng)中的高能離子會(huì)增多，這些高能離子能夠沿著磁力線侵入地球的極區(qū);并在地球兩極的上層大氣中放電，產(chǎn)生絢麗壯觀的極光。

1850年，一位名叫卡林頓的英國天文學(xué)家在觀察太陽黑子時(shí)，發(fā)現(xiàn)在太陽表面上出現(xiàn)了一道小小的閃光，它持續(xù)了約5分鐘。卡林頓認(rèn)為自己碰巧看到一顆大隕石落在太陽上。

特點(diǎn)

太陽風(fēng)暴

太陽黑子活動(dòng)通常以11年為一個(gè)周期，本次周期的高峰在2000年就已出現(xiàn)。在高峰過后3年多，太陽黑子再度活躍，導(dǎo)致太陽風(fēng)暴產(chǎn)生，某種程度上有些反常。除太陽風(fēng)暴效應(yīng)外，太陽黑子還會(huì)導(dǎo)致高能量的耀斑爆發(fā)，后者也許還將持續(xù)一兩周時(shí)間，可能影響到地球上的無線電通信。

新一輪太陽風(fēng)暴主要由太陽表面新形成的巨大黑子群釋放出的氣體和帶電粒子流引起，以每小時(shí)約320萬公里的速度向地球襲來。 影響

太陽風(fēng)暴期間，太陽發(fā)出的X射線和遠(yuǎn)紫外線(指波長為0.1～140納米的電磁波)、射電波(指波長為1毫米～10厘米的電磁波)以及高能粒子流(如質(zhì)子、α粒子、電子等)等離子體云等都會(huì)大大加強(qiáng)，從而會(huì)引發(fā)相關(guān)的地球物理現(xiàn)象發(fā)生。

太陽風(fēng)暴期間所射出的X射線會(huì)比平時(shí)增加1000倍，X射線的增加會(huì)大大增加地球大氣中電離層的電子密度，從而使短波無線電通訊受到嚴(yán)重干擾，甚至?xí)?dǎo)致無線電通訊中斷。例如，1989年太陽活動(dòng)22周峰年期間，一次大的太陽耀斑曾使地球上的短波無線電通訊中斷達(dá)1小時(shí)以上。太陽風(fēng)暴時(shí)產(chǎn)生的高能粒子流會(huì)使空間飛行中的一些探測儀器和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)受到嚴(yán)重?fù)p害，并會(huì)直接威脅到太空飛行人員的生命安全。全球定位衛(wèi)星GPS9783在太陽活動(dòng)22周峰年期間共發(fā)生了13個(gè)位翻轉(zhuǎn)錯(cuò)誤。太陽風(fēng)暴時(shí)的高能質(zhì)子會(huì)在地球的近地空間造成通量較大的太陽宇宙線事件，被稱為質(zhì)子事件。同時(shí)這些高能質(zhì)子還會(huì)使地球兩極上空的大氣發(fā)生擾動(dòng)，導(dǎo)致短波通訊中斷等。太陽風(fēng)暴時(shí)紫外輻射的強(qiáng)烈變化會(huì)直接改變地球高層大氣的溫度和密度，從而會(huì)使人造衛(wèi)星等空間飛行器的軌道發(fā)生改變，直接威脅其運(yùn)行安全。

太陽風(fēng)暴對地球的另一個(gè)重要影響是會(huì)導(dǎo)致磁暴的發(fā)生。太陽耀斑期間噴射出的等離子體云到達(dá)地球附近后與地球磁層作用有時(shí)會(huì)引起強(qiáng)烈的磁暴發(fā)生，使地球磁場受到干擾，從而影響衛(wèi)星和地面通訊以及供電網(wǎng)絡(luò)、石油輸送管道的正常工作，例如1989年太陽活動(dòng)22周峰年期間磁暴曾使加拿大魁北克的一座大型水力發(fā)電廠受到嚴(yán)重沖擊，致使供電系統(tǒng)癱瘓，600多萬人在無電的冬天度過了9個(gè)小時(shí)，電力損失達(dá)2000KW，不僅如此，強(qiáng)磁暴同時(shí)還燒毀了美國新澤西州的一座核電站的巨型變電器。

科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)一些氣象要素的長期變化與太陽活動(dòng)的11年和22年周期之間有關(guān)等等。中國長江中下游的洪澇災(zāi)害也有22年左右的準(zhǔn)周期。太陽活動(dòng)對地震活動(dòng)存在著一定的調(diào)制作用，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，往往在太陽活動(dòng)峰年后3~4年會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)地震活動(dòng)。

災(zāi)難事件

1989年3月13-14日，太陽風(fēng)暴造成加拿大魁北克地區(qū)電網(wǎng)停電;全球無線電通訊受到干擾;日本一顆通訊衛(wèi)星異常;美國一顆衛(wèi)星軌道下降;

1991年4月29日，強(qiáng)磁暴發(fā)生后使美國緬因州核電廠發(fā)生災(zāi)難性破壞;

1994年1月20-21日，兩個(gè)加拿大通訊衛(wèi)星發(fā)生故障;

1997年1月6-11日的日冕物質(zhì)拋射使AT&T公司通訊衛(wèi)星報(bào)廢;

1998年5月19日美國銀河四號(hào)通訊衛(wèi)星失效,同時(shí)德國一顆科學(xué)衛(wèi)星報(bào)廢;

2000年7月14日歐美的GOES、ACE、SOHO、WIND等重要科學(xué)研究衛(wèi)星受到嚴(yán)重?fù)p害，日本的ASCA衛(wèi)星失控，AKEBONO衛(wèi)星的計(jì)算機(jī)遭到破壞。

2003年10月28日，歐美的GOES、ACE、SOHO、WIND等重要科學(xué)研究衛(wèi)星受到不同程度損害，日本“回聲”衛(wèi)星失控。

應(yīng)對

科學(xué)家預(yù)測2012年地球?qū)⒃庥鰪?qiáng)太陽風(fēng)暴襲擊，屆時(shí)將給地球帶來“多米諾骨牌式”的影響，其影響力將滲透到現(xiàn)代社會(huì)的方方面面。

人們不禁會(huì)問，這次太陽風(fēng)暴是否真的會(huì)到來?究竟會(huì)給人類帶來什么影響?我們?nèi)绾尾拍苋?yīng)對呢?

影響范圍

太陽風(fēng)暴一般對地球影響小，一般太陽風(fēng)暴的影響主要集中在外太空。

當(dāng)太陽風(fēng)暴活動(dòng)活躍時(shí)，黑子不斷燃燒、爆炸，其間釋放的大量紫外線會(huì)使地球上空的電離層濃度突然增加，吸收掉短波的能量，從而造成對短波無線電信號(hào)的干擾。專家指出，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(hào)，因此一般的太陽風(fēng)暴對地球表面的通信影響不會(huì)太大。

另外，由于地球磁場和大氣層的阻擋效應(yīng)，一般的太陽風(fēng)暴并不會(huì)對人類的生活產(chǎn)生明顯的影響。

劇烈活動(dòng)引發(fā)地磁暴

中國科學(xué)院空間環(huán)境研究預(yù)報(bào)中心副主任、中國科學(xué)院國家天文臺(tái)太陽活動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王華寧研究員認(rèn)為，目前的太陽爆發(fā)活動(dòng)強(qiáng)度還不至于沖破地球大氣和磁場的保護(hù)，對地球上的現(xiàn)存物種構(gòu)成致命威脅。但這并不意味著太陽爆發(fā)活動(dòng)總是像現(xiàn)在這樣“溫和”。

一旦太陽爆發(fā)出的能量超過地球磁場和大氣的防護(hù)能力，必然引起地球附近空間環(huán)境發(fā)生強(qiáng)烈變化，當(dāng)這些巨大的力量沖擊到地球磁場和大氣時(shí)，將引發(fā)地磁暴、電離層暴等現(xiàn)象。

災(zāi)難后果

此次美國科學(xué)家預(yù)測在2012年地球就將遭遇強(qiáng)太陽風(fēng)暴的襲擊，他們認(rèn)為屆時(shí)太陽會(huì)向地球噴發(fā)數(shù)十億噸的物質(zhì)，誘發(fā)電磁暴，人類幾乎所有的電子系統(tǒng)都會(huì)受到影響。

如何應(yīng)對

那么人類該如何應(yīng)對突如其來的超級(jí)太陽風(fēng)暴呢?

大范圍加強(qiáng)國際合作

專家認(rèn)為應(yīng)當(dāng)通過共同探測，共同研究，資料共享，成果共享等方式進(jìn)行廣泛的國際合作，了解地球空間的各種空間環(huán)境變化是如何互相影響和關(guān)聯(lián)的，從整體出發(fā)，增加人類對空間環(huán)境的理解和掌握。我國在太陽活動(dòng)風(fēng)暴預(yù)測方面非常重視國際合作與交流，積極開展預(yù)報(bào)方法研究，開展太陽活動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)共享。

鐘秋珍介紹，中國在1991年成立世界警報(bào)中心北京日地物理預(yù)報(bào)中心,2000年根據(jù)國際空間環(huán)境服務(wù)組織的要求，更名為中國區(qū)域警報(bào)中心，下設(shè)四個(gè)分中心：地球物理預(yù)報(bào)中心、空間環(huán)境預(yù)報(bào)中心、電離層預(yù)報(bào)中心和太陽活動(dòng)預(yù)報(bào)中心，每兩年進(jìn)行一次太陽活動(dòng)研究成果和預(yù)報(bào)方法的交流。

近期比較大的探測計(jì)劃———雙星計(jì)劃，是我國第一次以自己提出的探測計(jì)劃開展國際合作的重大空間科學(xué)探測項(xiàng)目，合作對象是歐洲空間局。

相關(guān)新聞

美國科學(xué)家警告說，2012年地球?qū)?huì)遭遇強(qiáng)烈的太陽風(fēng)暴，其破壞力將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過“卡特里娜”颶風(fēng)，而且地球上幾乎所有的人都將難逃其災(zāi)難性的影響。

強(qiáng)太陽風(fēng)暴2012年將再度來襲

2012年9月22日午夜，美國紐約曼哈頓區(qū)上空將布滿了一道五彩斑斕的光幕。在像紐約這樣的南部地區(qū)，很少有人能夠看到這種極其迷人的極光現(xiàn)象。不過，人們欣賞美景的心情不會(huì)持續(xù)太久。幾秒鐘后，該地區(qū)所有電燈泡開始變暗并閃爍不定，接著光線在瞬間突然增強(qiáng)，燈泡變得異常明亮。隨后，所有電燈全部熄滅。90秒以后，整個(gè)美國東部地區(qū)都將停電。一年后，數(shù)以百萬計(jì)的美國人開始死亡，國家基礎(chǔ)設(shè)施將變成一堆廢墟。世界銀行將宣布美國變成一個(gè)發(fā)展中國家。同時(shí)，歐洲、中國以及日本等地區(qū)或國家也都和美國一樣，在這次災(zāi)難中苦苦掙扎。這次災(zāi)難來源于猛烈的太陽風(fēng)暴，發(fā)生在距離我們1.5億公里之外的太陽表面。

上述故事聽起來或許有些荒謬，一般情況下太陽不會(huì)對地球造成如此巨大的災(zāi)難。不過，美國國家科學(xué)院在2009年1月發(fā)布的一份特別報(bào)告中聲稱，這種災(zāi)難完全有可能會(huì)發(fā)生。該研究報(bào)告由美國宇航局出資贊助。在過去幾十年間，人類社會(huì)在發(fā)展的同時(shí)，也在為毀滅自己埋下了伏筆。現(xiàn)代的生活方式過度依賴各種科學(xué)技術(shù)，無意間讓我們更多地暴露于一種超級(jí)危險(xiǎn)之中。由太陽表面噴發(fā)出的等離子體可能會(huì)毀滅我們的電網(wǎng)，進(jìn)而造成災(zāi)難性的后果。美國科學(xué)院特別報(bào)告起草人、科羅拉多大學(xué)太空氣候?qū)＜业つ釥?貝克爾認(rèn)為，“我們現(xiàn)在距離這種可能性的災(zāi)難越來越近了。如果人類對將可能發(fā)生的太陽風(fēng)暴準(zhǔn)備不足，這種太空風(fēng)暴就有可能會(huì)切斷人類社會(huì)的電力供應(yīng)、手機(jī)信號(hào)，甚至包括供水系統(tǒng)。”

但也有專家表達(dá)了不同的看法，認(rèn)為太陽風(fēng)暴的影響主要集中在外太空，而由于地球磁場和大氣層的阻擋效應(yīng)，生活在地球上并不會(huì)因此受到過于明顯的干擾。專家們表示，當(dāng)太陽風(fēng)暴活動(dòng)活躍時(shí)，黑子不斷燃燒、爆炸，期間釋放的大量紫外線會(huì)使地球上空的電離層濃度突然增加，吸收掉短波的能量，從而造成對短波無線電信號(hào)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(hào)，因此一般的太陽風(fēng)暴對地球表面的通信影響不會(huì)太大。理論上，一般的太陽風(fēng)暴強(qiáng)度還不至于沖破地球大氣和磁場的保護(hù)，對地球上的現(xiàn)存物種構(gòu)成致命威脅。但對于2012年的太陽風(fēng)暴，專家擔(dān)心可能成為一個(gè)例外。

可能給地球帶來巨大災(zāi)難

美國科學(xué)家警告認(rèn)為，2012年的強(qiáng)太陽風(fēng)暴將給地球人類帶來巨大的災(zāi)難，它的影響力將滲透到現(xiàn)代社會(huì)的每一個(gè)方面。在發(fā)出警告的專家看來，太陽風(fēng)暴給地球的影響可能是“多米諾骨牌式的”。試想，當(dāng)電網(wǎng)變得脆弱和不穩(wěn)定，與供電息息相關(guān)的行業(yè)也將成為受害者：制冷設(shè)備停轉(zhuǎn)，冷庫里大量的食物和藥品失去儲(chǔ)藏條件而變質(zhì);水泵突然停止運(yùn)轉(zhuǎn)，社區(qū)的居民飲水成為難題。此外，由于衛(wèi)星信號(hào)中斷，GPS定位系統(tǒng)也會(huì)因此成為廢物。事實(shí)上早在1859年就發(fā)生過類似事件，當(dāng)時(shí)的太陽爆發(fā)竟然導(dǎo)致電報(bào)線燒毀。當(dāng)然，現(xiàn)在地球上布滿了有線和無線設(shè)施，但這些設(shè)施都難以經(jīng)受太陽風(fēng)暴襲擊的考驗(yàn)。