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        來自太陽的風(fēng)暴

        2009-12-08 01:39:10
        第二課堂(初中版) 2009年9期
        關(guān)鍵詞:太陽風(fēng)暴太陽黑子太陽風(fēng)

        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(gè)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(gè)到幾十個(gè)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(shí)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(gè),一般對地球的影響不是很大。

        另一種太陽風(fēng)被稱為“擾動(dòng)太陽風(fēng)”,也就是我們平時(shí)說的太陽風(fēng)暴,是在太陽活躍時(shí)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(gè)。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(shí)間。它一直可以“吹送”到冥王星軌道以外“日冥距離”(約合50個(gè)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(shí)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(diǎn)羊角面包,只不過,這個(gè)“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(dòng)。然而,它的的確確會吹“疼”地球。

        首先,脾氣大的擾動(dòng)太陽風(fēng)由于其高速高粒子含量的特點(diǎn),可以對地球產(chǎn)生比較明顯的干擾。這是因?yàn)樘栵L(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(shí),會對地球磁場產(chǎn)生擾動(dòng),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(shí)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(shí),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(gè)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(shí)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(diǎn)。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(shí)。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(gè)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(shí),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(gè)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(shí),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(bào),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)由希幸恍┬郎u狀的氣流,像是一個(gè)個(gè)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(shí)際上,黑子本身并不黑,之所以顯得黑,是因?yàn)楸绕鹫麄€(gè)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(dú)活動(dòng),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(dòng)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(dòng)峰年”,把太陽黑子最少的年份稱為“太陽活動(dòng)寧靜年”。在活躍時(shí)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(shí)候,地球上的指南針會亂抖動(dòng),不能正確地指示方向;平時(shí)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(shí)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(dòng)觀測網(wǎng),世界各地的太陽觀測站24小時(shí)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(dòng)預(yù)報(bào)中心和多個(gè)區(qū)域性預(yù)報(bào)中心。只要堅(jiān)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(bào)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(dòng)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(dòng)的早期預(yù)報(bào)。他們希望早期預(yù)報(bào)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(dòng)的準(zhǔn)備。據(jù)了解,這種新模型的預(yù)報(bào)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(diǎn)同時(shí)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(dú)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(dòng)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(jì)中,計(jì)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(bào)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。

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