第248章10月：科学(1)
第248章10月：科学(1)
太阳浩劫，如何躲过？
文/赵洋
现实生活中，小行星与地球擦肩而过的消息经常成为新闻头条，但却很少有人关心太阳对地球的潜在威胁。今年7月美国宇航局宣布，两年前的一场超级太阳风暴差点命中地球，其威力“足以把现代文明打回十八世纪”，从而揭开了太阳暴虐的一面。这场太阳风暴发生在2012年7月23日，是过去一百五十多年里威力最大的一次。如果它掠过地球，我们可能现在还在收拾残局。这场太阳风暴只要提早一周发生，地球可能就被击中了。幸运的是，那场太阳风暴只是从地球轨道上穿过，击中了一颗美国太阳观测卫星。
科学家们说，如果太阳风暴击中地球，首先会引起大范围停电，不仅家用电器无法使用，通信也将中断，甚至家中的马桶都无法冲水，因为城市供水系统也依赖电力。
科学家们还说，2012年这场太阳风暴的威力至少可与1859年发生的超级太阳风暴相比。1859年发生的太阳风暴是二十一世纪之前记录到的最强太阳风暴，也被称为“卡林顿事件”。
美国国家科学院研究表明，类似“卡林顿事件”的太阳风暴如果发生在今天，给地球造成的经济损失可能会超过两万亿美元，其严重程度超过“卡特里娜”飓风二十倍。
太阳风暴击中地球的可能性有多大？今年年初，美国科学家皮特·赖利曾发表论文，对过去五十年中的太阳风暴进行分析，得出的结论是，类似“卡林顿事件”的太阳风暴在今后十年击中地球的几率将达12%。
不平静的表面
当我们观看太阳的时候，往往会被太阳锐利的光芒刺得睁不开眼睛，仿佛太阳表面各处了无差别。实际上，这看似平静的表面一点也不平静，而是宛如一锅剧烈翻腾的沸水。一幅由明暗斑点组成的画面覆盖在太阳的光球层，这些斑点被称为米粒组织，每个斑点大约1000千米大。当你观察的时候，这些斑点运动不止，但图案形状却保持不变。光球层的温度大约是5500c，地球上接收到的太阳辐射能基本上来自这一层。
在光球层之外是色球和日冕层，是真正的太阳大气层。色球的厚度约为2000千米，在其内部，温度随高度的增加而增加，顶层的温度可达几万度。这一层是充满磁场的等离子体。由于磁场不稳定，剧烈的耀斑经常在这层里面爆发，同时还发射大量的辐射。人们关心的太阳活动以及对日地空间的影响主要取决于这一层的特征。而太阳风暴则发生在色球层再向外的日冕层。这是太阳大气的最外层，厚度可达数百万千米，温度约为100万度。
太阳是一个相对宁静的炽热气体球，但太阳大气始终处于不断的活动状态，这就造成了太阳大气中一系列复杂的扰动过程，在局部地区，这种扰动过程有时候表现得异常强烈。这种扰动的现象，就是人们常称的太阳活动。目前，人们所了解的太阳活动现象主要包括太阳黑子、光斑、谱斑、日珥、耀斑和日冕状态的变化等。
黑子与太阳活动周期
在太阳的多种活动中，最容易观测到的是太阳黑子。太阳黑子是光球上经常出没的暗黑斑点，是太阳活动的基本标志。在太阳表面，黑子好像一个不规则的洞，温度大约3000c～4500c，比周围温度要低，所以看起来是暗黑的，但这只是明亮的光球反衬的结果。
在太阳黑子极盛时，意味着太阳活动特别强烈，天文学上称这个年份为太阳活动峰年。太阳活动虽然很强烈，但它还是有个周期性的规律。1843年，德国业余天文学家施瓦布持续观察并统计了十七年间太阳黑子变化的平均数量后，发现太阳黑子的盛衰有一个十年左右轮回的周期。目前认为，太阳黑子活动周期为十一年。国际上规定，以1755年黑子数最低开始的十一年周期为第1号，2008年太阳黑子活动开始进入第24号的十一年周期。
太阳黑子是具有强磁场的区域，太阳内部物质对流受到黑子强磁场的抑制，减少了从太阳内部传输到太阳表面的能量。磁场造成大量的热量进入日冕，导致剧烈的太阳耀斑和日冕物质抛射。
因为太阳的光度与磁场活动有直接的关系，太阳周期不仅对太空天气有很大的影响，对地球的气候也有重大的影响。太阳活动极小期往往和地球低温气候联系在一起，而超过平均长度的周期则与高温气候相关联。在十七世纪，太阳周期似乎完全停止了数十年，在这期间只观测到少数几个太阳黑子。在这个称为蒙德极小期或小冰期的时代，欧洲经受了很低的温度。
当太阳活动达到高峰的时候，地球气温明显升高，其具体机制，目前并没有确切的答案。一些科学家认为，太阳活动的强弱影响了到达地球的宇宙射线数量，导致高空和低空云量发生变化，进而影响云层对阳光和地面红外线的反照，导致气温上升或下降。在太阳活动的谷年，太阳辐射比峰年要弱，地球的气温相对要低些。而在太阳活动的峰年，地球气温有明显的升高。1995年太阳活动要强于往年，亚非拉夏季酷暑难耐。
在我国，太阳活动谷年附近常会出现南涝北旱的局面，导致农业生产受到影响。民国时期，气象学家竺可桢就发现历史上江淮洪水与太阳活动关系密切，并作出推断，在1998年和2020年，太阳活动刚好处于谷年期，江淮会发生大水。果然，1998年长江流域发生了特大洪水。这其中虽然有长江上游森林植被遭受破坏的原因，但太阳活动对大气环流的影响也不能低估。
耀斑爆发
在所有太阳活动中，最强烈和对地球影响最大的要算耀斑。它来势猛、能量大。一个大的耀斑从诞生到消失，一般历时十到二十分钟，但它释放的能量却相当于十亿颗百万吨级氢弹爆炸的威力。巨大的能量释放能引起局部地区各种电磁辐射和粒子辐射的突然增强，除可见光外，还有紫外线、红外线、x射线、γ射线、高能粒子及宇宙射线等。这些种类繁多、令人眼花缭乱的辐射在短时间内倾泻而出，穿过日地空间到达地球，引起异常的地球物理现象。强烈的短波辐射会破坏地球大气电离层的结构，使电离层的电离度增高，电波吸收加强，从而影响地面的无线电通讯，甚至导致电讯全部中断。这对依赖电讯的行业是严重的威胁。高能粒子流（速度可达每秒数百或近千千米）到达地球附近时，扰乱了地球磁场，引起磁针剧烈颤动，就像地球磁场突然卷起一场风暴。这时，磁罗盘就失去了作用。一部分高能粒子受地球磁场所迫，沿着磁力线向地球的南北磁极大量降落，与高层大气的原子和分子撞击，激发出绚丽多姿的极光。这些电离粒子会破坏地球上的电网，损害甚至摧毁卫星上的电子设备，还会对进行太空行走的宇航员造成极大的伤害。
历史的见证
公元前三十四年的一天傍晚，恺撒大帝在地平线上发现了耀眼的光芒，他以为那是进攻的火焰信号，遂命令罗马士兵冲入海岸城市奥斯提亚。其实，这种光芒是太阳活动引起的极光。
在早期，人类对太阳活动产生的影响并不完全了解。从十九世纪中叶开始，太阳风暴才真正显示出对人类文明的破坏力。
十九世纪中叶，美国人开始使用电报。一些电报员在点击键钮的时候竟然触电身亡，这引起了人们的重视——原来被太阳风暴干扰的地球磁场给电报机充入了强大的电流。
二十世纪，无线电、飞机和雷达的发明，使得人类活动越来越容易受到太阳爆发的侵扰。上个世纪四十年代，英国反空袭雷达曾被无线电信号淹没。英军原本以为是纳粹德国科学家研制出了新型的雷达干扰设备，并准备进行一次大规模的空袭，全军上下紧急戒备，事后发觉，这是太阳活动爆发制造的一场虚惊。1958年2月，一个强烈的太阳活动高峰，灾难性地使横穿大西洋的洋底电话电缆陷于瘫痪。
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