閆小娟 韓大洋

【編者按】1989年3月13日晚11點，加拿大整個魁北克省的供電網(wǎng)絡(luò)全部癱瘓，600萬人在漆黑而寒冷的冬夜里，度過了惶恐的9個多小時，事后人們才知道，災(zāi)難的元兇就是太陽風(fēng)暴。太陽，這個距地球1.5億千米的巨大火球，只是內(nèi)部一點點騷動，表面泛起了一點點波瀾，就給遙遠地球上的無辜人類帶來這個驚心動魄的夜晚。

太陽及其大氣結(jié)構(gòu)

和地球相比，太陽好比是個大西瓜，地球就像一顆小小的芝麻。太陽的質(zhì)量相當(dāng)于33萬個地球的質(zhì)量，它每秒鐘都在減少，而且減少的數(shù)量巨大—每秒損失550萬噸的質(zhì)量。這些損失的質(zhì)量變成了光和熱，使地球上的生物繁衍生息，它以這樣的姿態(tài)在宇宙中光芒四射地存在了約50億年，而且還能這樣照耀我們50億年。

?太陽損失的質(zhì)量變成了光和熱，使地球上的生物繁衍生息

太陽是一個劇烈活動的天體，這個圓形的火球表面可分為很多層。我們平常用肉眼看到的、發(fā)光的那部分是光球?qū)?，是溫度最低的一層，大約為6000℃。太陽黑子就是在光球?qū)由习l(fā)生的一種太陽活動。太陽黑子是太陽表面一種熾熱氣體的巨大旋渦，溫度為4000℃左右，因為比光球?qū)颖砻鏈囟鹊?，所以看上去像一些深暗色的斑點，就像臉上長的黑痣。再往外是肉眼看不到的色球?qū)樱谶@個地方，太陽的溫度突然升高。日珥就是在色球?qū)由袭a(chǎn)生的一種非常強烈的太陽活動，像是太陽面的“耳環(huán)”一樣，因此也稱“太陽的耳朵”。色球?qū)釉偻馐巧习偃f度高溫的日冕層，日冕是太陽大氣的最外層。日冕只有在日全食時才能用肉眼看到，其形狀隨太陽活動大小而變化。

太陽風(fēng)暴來襲

太陽發(fā)出的能量除了光和熱，還有一種能量叫太陽風(fēng)。太陽風(fēng)是太陽噴射出來的帶電粒子流，充盈著整個太陽系。地球浸泡在太陽風(fēng)中，因此太陽上出現(xiàn)爆發(fā)活動，地球就有可能遭受到太陽風(fēng)暴的襲擊，襲擊一共會持續(xù)三輪。而太陽風(fēng)暴因其強弱和性質(zhì)各異，到達地球的時間有先有后，造成的影響也大不相同。

第一輪襲擊是太陽耀斑發(fā)射出的電磁輻射，激增的X射線、紫外射線、射電波等電磁輻射以每秒30萬千米的速度，8分鐘左右就可以到達地球。這些輻射直接進入地球大氣，影響地球的通信與定位系統(tǒng)。

第二輪攻擊是隨后而至的高能帶電粒子流，這些粒子的速度接近光速，會在太陽爆發(fā)以后大約幾十分鐘到十幾小時內(nèi)到達地球附近的空間，從而使衛(wèi)星運行的環(huán)境變得惡劣，并導(dǎo)致兩極地區(qū)通信環(huán)境急劇變化，正在極區(qū)飛行的飛機將受到超正常劑量的輻射。

第三輪攻擊是日冕上拋射出來的物質(zhì)，以每秒幾百千米到2000千米以上的速度撲向地球，大約需要花費2～4天的時間到達。它們通過行星際空間吹到地球和地球系統(tǒng)相互作用，引起地球空間系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、形態(tài)、動力學(xué)過程發(fā)生復(fù)雜而劇烈的變化，并導(dǎo)致地球空間的電磁、粒子、中性大氣等條件發(fā)生急劇變化，給在這個空間領(lǐng)域里運行的各種技術(shù)系統(tǒng)造成重大損害。

太陽風(fēng)暴對地球的影響

不過，并不是每一次太陽風(fēng)暴都會影響地球。太陽風(fēng)暴發(fā)生在太陽的不同部位，有的直指地球，但更多指向地球以外別的地方，而且在它吹向地球的過程中，通過與復(fù)雜的行星際空間結(jié)構(gòu)的相互作用，也會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，造成太陽風(fēng)暴運動方向改變。

當(dāng)太陽爆發(fā)的物質(zhì)和能量朝向地球時，就有可能引起地球空間環(huán)境的擾動—相當(dāng)于在地球附近爆炸數(shù)顆400萬噸TNT當(dāng)量的氫彈。如2003年11月的太陽劇烈爆發(fā)事件，從10月底到11月初，一系列大的太陽活動引發(fā)了第23太陽活動周內(nèi)最強烈的空間天氣事件，惡劣的空間天氣給業(yè)務(wù)衛(wèi)星、通信、導(dǎo)航、地面電力系統(tǒng)帶來了一系列破壞，造成了嚴重的經(jīng)濟損失。在這次空間天氣事件中，大量衛(wèi)星發(fā)生故障、數(shù)據(jù)丟失，25顆衛(wèi)星需要地面操作干預(yù)，日本EOS衛(wèi)星丟失，英美多個航班被迫改變航線，全球短波通信中斷，超視距雷達和民航通信出現(xiàn)故障，GPS導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)生故障，瑞典電網(wǎng)中斷1小時，中國北方短波通信受到嚴重干擾。

?地球浸泡在太陽風(fēng)中

?太陽耀斑發(fā)出的電磁輻射影響地球的通信與定位系統(tǒng)

?太陽風(fēng)暴襲擊地球

太陽風(fēng)暴對人類的影響是高科技時代的“富貴病”。由于當(dāng)前人類高技術(shù)的利用都與電磁現(xiàn)象有關(guān)，所以太陽活動最重要的損害，主要體現(xiàn)在高技術(shù)系統(tǒng)上，也就是說越先進的技術(shù)系統(tǒng)就越會受影響。作為一個越來越依靠空間技術(shù)的時代，空間天氣對人類的危害越來越明顯，并在航天、航空、通信、導(dǎo)航、能源、管網(wǎng)等各種行業(yè)和層面上體現(xiàn)出來。人們逐漸意識到，空間天氣災(zāi)害已經(jīng)開始成為危害經(jīng)濟社會和國防安全的眾多氣象災(zāi)害之一。

應(yīng)對空間天氣災(zāi)害

太陽風(fēng)暴的攻擊力很大，我們需要對它有正確的認知，才能及時應(yīng)對空間天氣災(zāi)害?，F(xiàn)在，我們已經(jīng)具備了天地一體化的空間天氣監(jiān)測能力，24小時不間斷地監(jiān)視著太陽的一舉一動，在它要“搞事情”之前，通過分析監(jiān)測數(shù)據(jù)、運用模型計算、經(jīng)驗預(yù)報會商，對未來3天、一周甚至是27天后的太陽爆發(fā)活動作出預(yù)報和判斷，提前發(fā)布預(yù)警信息，提醒航天、航空、通信、導(dǎo)航等部門及時做好應(yīng)對措施。另外，“神舟”飛船發(fā)射、航天員出艙行走、“嫦娥”探月飛行等一系列國家重大航天活動，也都離不開空間天氣保障服務(wù)。

太陽風(fēng)暴的無窮奧秘有待我們?nèi)テ平猓?yīng)對空間天氣災(zāi)害，有無盡的發(fā)展機遇等待我們?nèi)グ盐眨?p>

?惡劣的空間天氣會破壞地面電力系統(tǒng)