太陽風[物理,天文名詞]

太陽風[物理,天文名詞]
太陽風[物理,天文名詞]
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太陽風是從太陽上層大氣射出的超聲速電漿帶電粒子流。在不是太陽的情況下,這種帶電粒子流也常稱為“恆星風”。太陽風是一種連續存在,來自太陽並以200-800km/s的速度運動的高速帶電粒子流。這種物質雖然與地球上的空氣不同,不是由氣體的分子組成,而是由更簡單的比原子還小一個層次的基本粒子——質子和電子等組成,但它們流動時所產生的效應與空氣流動十分相似,所以稱它為太陽風。2012年3月,5年來最強的一次太陽風暴在7日上午噴發,無線通訊受到影響。 太陽風(solar wind)的密度與地球上風密度相比是非常稀薄而微不足道的。一般情況下,在地球附近的行星際空間中,每立方厘米有幾個到幾十個粒子,而地球上風的密度則為每立方厘米有2687億億個分子。然而太陽風雖十分稀薄,但它刮起來的猛烈勁,卻遠遠勝過地球上的風。在地球上,12級颱風的風速是每秒32.5米以上,而太陽風的風速,在地球附近卻經常保持在每秒350~450千米 ,是地球風速的上萬倍,最猛烈時可達每秒800千米以上。

基本信息

簡介

太陽風是帶電粒子的一種近乎強勁的外溢。它們從太陽的日冕釋放到行星際空間。這些微粒主要是質子和電子,它們以每秒200—900千米的速度在地球軌道附近移動。其密度雖低(約8/厘米3),但還能和地球的*磁層相互影響。

成分

太陽是一個高溫的氣體球 (嚴格說來是一個等離子球體),可分為三層,平常用肉眼所見到的是 “光球層”,光球層上面的是 “色球層”,再外面的是 “日冕”。色球層和日冕的物質都很稀薄,遠不如光球那樣明亮,平時無法直接看見。在日全食時,人們可觀察到暗黑的天空背景上,月掩日輪周圍呈現著血色的光區,這個太陽的最外層大氣就是日冕。由於日冕具有高溫,氣體的動能較大,因此可克服太陽的引力向星際空間膨脹,形成不斷發射的一種較穩定的粒子流,這就是太陽風。太陽風的主要成分是質子和電子,還有少數是氫原子核等,這些掙脫了太陽引力的粒子沿著日冕的磁力線,飛向星際空間。在太陽附近,太陽風基本沿徑向行進; 在遠離太陽的區域,太陽光線由於受太陽自轉的影響,形成阿基米德螺線,太陽風就伴隨此螺線射向太空。

組成

太陽風[物理,天文名詞] 太陽風[物理,天文名詞]
太陽風暴 太陽風暴

在太陽系中,太陽風的組成和太陽的日冕組成完全相同。73%的是氫,25%的是氦,還有其他少量雜質。但2004年的Genesis 探測器的取樣分析還沒有結果。它在返回地球是因為沒能打開降落傘,而緊急降落,被損壞了。在地球附近,太陽風速為200-889km/s。平均值為450km/s.大約800kg/s的物質被以太陽風的形式從太陽逃逸。這同太陽光線的等價質量相比是很小的。如果把太陽光線的能量換算成質量,大約每秒鐘太陽損失4.5Tg(4.5×10^9kg)的質量。因為太陽風是(zh-hant:電漿;zh-hans:電漿),所以太陽磁場被它承載。一直到大約160Gm(100,000,000英里)的地方,由於太陽的轉動,太陽磁場被太陽風拉扯成螺線形狀。超過此距離,太陽對太陽風的影響減弱。

通常太陽風的能量爆發來自於太陽耀斑或其他被稱為“太陽風暴”的氣候現象。這些太陽活動可以被太空探測器和衛星測到。主要標誌是強烈的輻射。被地球磁場俘獲的太陽風粒子儲存在Van Allen輻射帶中,當這些粒子在磁極附近與地球大氣層作用引起極光現象。具有和地球類似的磁場的其他行星也有極光現象。在星際介質(主要是稀薄的氫和氦)中,太陽風就像是吹出了一個“大泡泡”。在太陽風不能繼續推動星際介質的地方稱之為日球層頂(heliopause)。這也通常被認為是太陽系的外邊界。這個邊界距離太陽到底多遠還沒有精確的結果,可能根據太陽風的強弱和當地星際介質的密度而變化。一般認為它遠遠超過了冥王星的軌道。

相關發現

太陽風暴指太陽在黑子活動高峰階段產生的劇烈爆發活動。爆發時釋放大量帶電粒子所形成的高速粒子流,嚴重影響地球的空間環境,破壞臭氧層,干擾無線通信,對人體健康也有一些的危害。

太陽會在太陽黑子活動的高峰時產生太陽風暴,它是由美國“水手2號”探測器於1962 年發現的,它是太陽因能量的增加而使得自身活動加強,從而向廣袤的空間釋放出大量帶電粒子所形成的高速粒子流,科學家把這一現象比喻為太陽打“噴嚏”。由於太陽風中的氣團主要內容是帶電電漿,並以每小時150 萬到300 萬公里的速度闖入太空,因此它會對地球的空間環境產生巨大的衝擊。

19世紀

1859年,一位名叫卡林頓的英國天文學家在觀察太陽黑子時,發現在太陽表面上出現了一道小小的閃光,它持續了約5分鐘。卡林頓認為自己碰巧看到一顆大隕石落在太陽上。

到了20世紀20年代,由於有了更精緻的研究太陽的儀器。人們發現這種“太陽光”是普通的事情,它的出現往往與太陽黑子有關。例如,1899年,美國天文學家霍爾發明了一種“太陽攝譜儀”,能夠用來觀察太陽發出的某一種波長的光。這樣,人們就能夠靠太陽大氣中發光的氫、鈣元素等的光,拍攝到太陽的照片。結果查明,太陽的閃光和什麼隕石毫不相干,那不過是熾熱的氫的短暫爆炸而已。

小型的閃光是十分普通的事情,在太陽黑子密集的部位,一天能觀察到一百次之多,特別是當黑子在“生長”的過程中更是如此。像卡林頓所看到的那種巨大的閃光是很罕見的,一年只發生很少幾次。

太陽風和極光 太陽風和極光

有時候,閃光正好發生在太陽表面的中心,這樣,它爆發的 方向正衝著地球。在這樣的爆發過後,地球上會一再出現奇怪的事情。一連幾天,極光都會很強烈,有時甚至在溫帶地區都能看到。羅盤的指針也會不安分起來,發狂似地擺動,因此這種效應有時被稱為“磁暴”。隨著科技的進步,極光的奧秘也越來越為我們所知,原來,這美麗的景色是太陽與大氣層合作表演出來的作品。在太陽創造的諸如光和熱等形式的能量中,有一種能量被稱為"太陽風"。太陽風是太陽噴射出的帶電粒子,是一束可以覆蓋地球的強大的帶電亞原子顆粒流。太陽風在地球上空環繞地球流動,以大約每秒400公里的速度撞擊地球磁場。地球磁場形如漏斗,尖端對著地球的南北兩個磁極,因此太陽發出的帶電粒子沿著地磁場這個"漏斗"沉降,進入地球的兩極地區。兩極的高層大氣,受到太陽風的轟擊後會被電離,發出光芒,形成極光。在南極地區形成的叫南極光。在北極地區形成的叫北極光。

在本世紀之前,這類情況對人類並沒有什麼影響。但是,到了20世紀,人們發現,磁暴會影響無線電接收,各種電子設備也會受到影響。由於人類越來越依賴於這些設備,磁暴也就變得越來越事關重大了。比如說,在磁暴期內,無線電和電視傳播會中斷,雷達也不能工作。

太陽風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。由於太陽風暴中的氣團主要內容是帶電電漿,並以每小時150萬到300萬公里的速度闖入太空。因此,它會對地球的空間環境產生巨大的衝擊。太陽風暴爆發時,將影響通訊、威脅衛星、破壞臭氧層。

科學家形象地把太陽風暴比喻為太陽打“噴嚏”。太陽的活動對地球至關重要,因而太陽一打“噴嚏”,地球往往會發“高燒”。太陽風暴隨太陽黑子活動周期每11年發生一次。

太陽風暴 太陽風暴

據悉,70年代的一次太陽風暴導致大氣活動加劇,增加了當時屬於蘇聯的“禮炮”號空間站的飛行阻力,從而使其脫離了原來的軌道。1989年,太陽風暴曾使加拿大魁北克省和美國新澤西州的供電系統受到破壞,造成的損失超過10億美元。由太陽黑子活動引起的太陽風暴對商業衛星也是重大的考驗。

各國科學家正在積極研究太陽風暴,但是對太陽劇烈活動、太陽黑子爆發、太陽風暴對地球的具體影響以及如何預防,還需進行不懈的研究。

天文學家更加仔細地研究了太陽的閃光,發現在這些爆發中顯然有熾熱的氫被拋得遠遠的,其中有一些會克服太陽的巨大引力射入空間。氫的原子核就是質子。因此太陽的周圍有一層質子云(還有少量複雜原子核)。1958年,美國物理學家帕克把這種向外涌的質子云叫做“太陽風”。

向地球方向湧來的質子在抵達地球時,大部分會被地球自身的磁場推開。不過還是有一些會進入大氣層,從而引起極光和各種電現象。向地球方向射來的強大質子云的一次特大爆發,會產生可以稱為“太陽風暴”的現象,這時,磁暴效應就會出現。

使彗星產生尾巴的也正是太陽風。彗星在靠近太陽時,星體周圍的塵埃和氣體會被太陽風吹到後面去。這一效應也在人造衛星上得到了證實。像“回聲一號”那樣又大又輕的衛星,就會被太陽風顯著吹離事先計算好的軌道。

主要形成

原因

太陽風可激發地球高緯度產生極光 太陽風可激發地球高緯度產生極光

為了能夠清楚的表述太陽風是怎樣形成的,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,由內往外依次命名為:日核,輻射區,對流層,光球,色球和日冕。日核的半徑占太陽半徑的四分之一左右,它集中了太陽質量的大部分,並且是太陽百分之九十九以上的能量的發生地。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出的。

而日冕位於太陽的最外層,屬於太陽的外層大氣。太陽風就是在這裡形成並發射出去的。

用X射線或遠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則行的暗黑區域,通過人造衛星和宇宙空間探測器拍攝的照片,我們可以發現在日冕上長期存在著這些長條形的大尺度的黑暗區域,這裡的X射線強度比其他區域要低得多,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域,這裡的磁力線向宇宙空間擴散,大量的電漿順著磁力線跑出去,形成高速運動的粒子流。粒子流在冕洞底部速度為每秒16km左右,當到達地球軌道附近時,速度可達每秒300~400km以上。這種高速運動的電漿流也就是我們所說的太陽風。

太陽風從冕洞噴發而出後,夾帶著被裹挾在其中的太陽磁場向四周迅速吹散。太陽風至少可以吹遍整個太陽系。

當太陽風到達地球附近時,與地球的偶極磁場發生作用,並把地球磁場的磁力線吹得向後彎曲。但是地磁場的磁壓阻滯了電漿流的運動,使得太陽風不能侵入地球大氣而繞過地磁場繼續向前運動。於是形成一個空腔,地磁場就被包含在這個空腔里。此時的地磁場外形就像一個一頭大一頭小的蛋狀物。

但是,當太陽出現突發性的劇烈活動時,情況會有所變化。此時太陽風中的高能離子會增多,這些高能離子能夠沿著磁力線侵入地球的極區;並在地球兩極的上層大氣中放電,產生絢麗壯觀的極光。

太陽風構成人類活動的外層空間環境。太陽大氣的擾動通過太陽風傳到地球,通過與地球磁場的相互作用,有時會引起一系列影響人類活動的事件。例如通訊衛星失靈、高緯區電網失效,及短波通訊、長波導航質量下降等。太陽風的變化還可能會引起氣象和氣候的變化。由於21世紀人類將進一步利用地球的外層空間環境,空間環境預報(或叫“空間天氣”預報)將會十分重要。搞清楚太陽風的起源及其加熱和加速機制對於建立有效的空間天氣預報體系有著十分重要的意義。宇宙中,許多恆星,以至許多星系都會向外發出它們自己的“風”,導致其物質的損失並影響其周圍的星際空間或星系際空間。太陽風是唯一能直接觀測到的恆星風。對太陽風起源和加速機制的研究必然對這一普遍的“風”的現象“宇宙電漿”的認識有著至關重要的影響。

種類

人們經常能夠在科幻小說或者科技文章中看到“太陽風”這個辭彙。不過,太陽風僅僅是一種形象的說法,此風非彼風,它和我們地球上空氣流動形成的風性質完全不同。簡單的說,太陽風指的是從太陽大氣最外層的日冕向空間持續拋射出來的物質粒子流。太陽風的得名還和彗星有關。當人們通過先進的觀測手段發現彗星離太陽越近,彗發就越明顯,彗尾就越長,而且彗尾的方向總是背對著太陽的時候,就開始猜測,也許太陽會放射出一種類似於風的東西,對彗星產生影響。

此後的1958年,美國人造衛星上的粒子探測器,探測到了太陽上有微粒流從日冕的冕洞中發出,因此美國科學家帕克將其形象的命名為太陽風。太陽風分為兩種,一種是所謂的“持續太陽風”或稱“寧靜太陽風”,即射流速度比較小,而微粒含量也不大的太陽風。這種太陽風起源於平靜的日冕區,開始時日冕物質以較低的速度作膨脹,漸漸離開太陽表面。隨著離太陽距離的增加,膨脹的速度變大,密度不斷減小,等到達地球的時候,射流速度一般在每秒鐘450千米左右,每立方厘米含質子數通常不超過10個。這種太陽風通常對地球的影響不是很大。

另一種則是“擾動太陽風”,即在太陽活躍時期噴射出的粒子流。這種太陽風與太陽拋射物質事件或爆發現象有關,還有時伴有高能荷電粒子的大量增加,其射流速度一般可以達到每秒鐘1000-2000千米,粒子密度也比較大,每立方厘米可含質子幾十個。擾動太陽風由於其高速高粒子含量的特點,可以對地球產生產生比較明顯的干擾。這是因為太陽風所含的微粒主要為氫粒子和氦粒子,當到達地球的電離層時,就會對地球磁場產生擾動,因而對地球的通信等方便造成影響。比方說,太陽風會造成人造地球衛星短路,因而對全球的衛星通信造成障礙,甚至使通訊中斷。而對於飛機的飛行以及人造衛星而言,這樣的通訊故障有時候會帶來災難性的後果。飛機失去了地面導航,猶如瞎了眼睛一般;而衛星失去了地面通信,則可能迷失方向,甚至於脫離地球軌道。

相關影響

太陽風雖然猛烈,絕大部分卻不會吹襲到地球上來。這是因為地球有著自己的保護傘——地球磁場。

太陽風暴 太陽風暴

地磁場把太陽風阻擋在地球之外。然而百密一疏,仍然會有少數漏網分子闖進來,儘管它們僅是一小撮;但還是會給地球帶來一系列破壞。它會干擾地球的磁場,使地球磁場的強度發生明顯的變動;它還會影響地球的高層大氣,破壞地球電離層的結構,使其喪失反射無線電波的能力,造成我們的無線電通信中斷;它還會影響大氣臭氧層的化學變化,並逐層往下傳遞,直到地球表面,使地球的氣候發生反常的變化,甚至還會進一步影響到地殼,引起火山爆發和地震。

例如,1959年7月15日,人們觀測到太陽突然噴發出一股巨大的火焰(它就是太陽風的風源)。幾天后,7月21日,也就是這股猛烈的太陽風吹襲到地球近空時,竟使地球的自轉速度突然減慢了0.85毫秒,而這一天全球也發生多起地震;與此同時,地磁場也發生被稱為“磁暴”的激烈擾動,環球通信突然中斷,使一些靠指南針和無線電導航的飛機、船隻一下子變成了“瞎子”和“聾子”······太陽風對地球的影響,只是乘虛而入的漏網分子所為。由此可見,在無所阻攔的星際空間,太陽風的威力有多大了。

在太陽風和外面的星際物質交匯的地方,會產生衝擊波。1977年發射的“旅行者一號”探測器據說在2003年的時候碰上了這種衝擊波。那個衝擊波距離太陽大約128億千米~180億千米。

太陽風對人類的影響:

1.當太陽風掠過地球時,會使電磁場發生變化,引起地磁暴、電離層暴,並影響通訊,特別是短波通訊。

2.對地面的電力網、管道和其它大型結構傳送強大元電荷,影響輸電、輸油、輸氣管線系統的安全。

3.對運行的衛星也會產生影響。

4.一次太陽風的輻射量對一個人來說很容易達到多次的X線檢查量。它還會引起人體免疫力的下降,很容易引起病變,也會使人情緒易波動,甚至車禍增多。

5.會使氣溫增高。

6.在南北極形成極光。

啟示源頭

據美國宇航局太空網報導,天文學家查找到了兩種類型的太陽風之一缺失的起始點。太陽風是太陽經常向四面八方發射出的一連串帶電粒子流。這些粒子從太陽到達地球所需的時間不超過10天,並且當太陽風變成風暴時,它們與地球磁場結合,就會產生在極地的天空中舞動的美麗極光。

太陽風暴 太陽風暴

從太陽的赤道區域發射出來的太陽風,起源於太陽大氣內部的亮區邊緣,當兩個亮區的磁場結合時,就會產生這種太陽風。上周,相關科學家在北愛爾蘭貝爾法斯特舉行的皇家天文學會國家天文學會議上宣布了這項研究結果。這項研究的領導人,倫敦大學學院的路易斯·哈拉說:“最終能查明這種太陽風的起源非常了不起,科學家已經對這個問題爭論了很多年,現在我們終於發現了最終結果。”太陽隨同太陽風一起發射出來的放射物是純粹的能量,太陽風迅速將物質轉移走。太陽的磁場為太陽風的粒子提供了加速度,並且這種磁場的結構會影響太陽風衝進太空時的速度。天文學家根據它們的速度辨認出兩種太陽風。據悉,速度較快的太陽風起源於太陽極點附近的冕洞,它的運行速度每小時大約可達180萬英里(每小時290萬公里)。速度較慢的太陽風來自太陽赤道區域,時速大約可達43.2萬英里到110萬英里(每小時72萬公里到180萬公里)。

速度較快的太陽風的運行速度之所以會如此之快,是因為從極點發出的磁場經常向四面八方展開,這意味著它們不會在太陽的表面聚攏。哈拉表示,因此,“所有氣體都能迅速飛出,沒有任何事物能擋住它們的腳步。”另一方面,在赤道上既有閉合的磁場,也有展開的磁場,閉合的磁場促使太陽電漿重新返回到太陽表面。只有磁場展開時,太陽風才能從這個區域飛入太空。哈里告訴美國宇航局太空網說,因此從赤道區域發出的太陽風的速度會更慢,而且“非常非常穩定”。哈里和她的同事們利用“日出”太空天文台,首次發現炙熱氣體以很高的速度從太陽亮區(當從兩個地方發出的磁場匯合在一起時,在赤道附近形成的活躍區域)邊緣噴發而出。“日出”天文台目睹了這種匯合情景,它觀測了從一個巨大的活躍區域和一個“嬰兒”區域發出的磁力線相互連線在一起並展開的過程。

哈里說:“我們現在知道與更小區域結合能展開磁力線。”他表示,即使這些區域相距50萬公里(這個距離相當於40個地球直徑相加的結果),它們也能相互連線在一起。如果兩個區域要連線在一起,這些區域的磁力線必須朝著正確的方向,並且強度也要適中。哈拉表示,較大區域“必須找到能產生互動的夥伴。”了解太陽風和它們是如何形成的,有助於科學家更好地預測它將對地球產生怎樣的影響,並有助於保護圍繞在太陽周圍的人造衛星。

科學研究

一間窗戶被風颳開的房子,雖然總體上能抵禦猛烈風暴的襲擊,但破窗而入的狂風會將屋裡颳得一團糟。最新研究表明,地球磁場在太陽風面前就像是一間容易“漏風”的房子,其“漏洞”會持續“透風”長達數小時,為來自太陽的帶電粒子進入地球大氣層、擾亂通信和電力系統等提供可乘之機。

在最新一期英國《自然》雜誌上,美國加利福尼亞大學伯克利分校的研究人員公布了這一研究結果。研究人員說,新結果有助於更好地預測太陽風暴等惡劣“太空天氣”可能給地球造成的影響。

太陽上不時會刮出由帶電粒子構成的太陽風。如果太陽活動變得劇烈,太陽風也會跟著狂暴起來。地球自身有一個綿延至太空中數萬公里的磁場,能夠構成抵禦太陽風的保護性屏障。不過,這道屏障並非沒有破綻。早在1961年,英國帝國理工學院的鄧恩蓋博士就曾預測,當太陽風所包含的磁場朝向在局部上與地球磁場朝向相反時,兩個磁場的“磁重聯”過程會導致地球磁場保護屏障產生縫隙,使太陽風的帶電粒子得以乘虛而入。其他科學家後來證實了縫隙的存在,但地球磁場的這種縫隙是時開時合,還是會長時間保持洞開,科學家們一直不清楚。

加利福尼亞大學伯克利分校的弗雷介紹說,他和同事藉助美國宇航局的IMAGE探測器和歐美合作的“星團”計畫所屬衛星的觀測數據,首次發現地球磁場縫隙會長達數小時處於敞開狀態。據他們測算,在距地球表面約6萬公里的地球磁場屏障邊界上,縫隙面積可能達到了地球面積的兩倍,由此進入的太陽風最終在北極上方電離層中產生相當於美國加利福尼亞州大小的質子極光。

太陽風的發現是20世紀空間探測的重要發現之一。經過近40年的研究,對太陽風的物理性質有了基本了解,但是至今人們仍然不清楚太陽風是怎樣起源和怎樣加速的。太陽風是怎樣得到電漿的供應及能量的供應的問題是空間物理學領域中經長期研究仍懸而未決的一大基本課題。

最新套用

太陽風暴 太陽風暴

2010年10月4日,據國外媒體報導,在人類尋找和發展可再生能源過程中,太陽能和風能長久以來就是兩個主要競爭者。對於這兩個競爭者,美國華盛頓州大學的科學家並沒有簡單地選擇其中一個,而是雙管齊下,即將太陽能和風能結合在一起。藉助於一個寬8400公里的巨型太陽帆收集太陽風的能量,這支研究小組希望他們的構想能夠產生10億的3次方瓦特電量,遠遠超過人類所需的數量。如果所產生的電量能夠傳回地球,便可以滿足全人類的用電需求。

華盛頓州大學科學家、研究論文合著者迪克·斯楚爾澤-馬庫奇表示:“可產生的電量達到令人吃驚的程度。這種發電方式基本上可以非常順利地進行,但一些實際操作問題仍有待解決。”研究論文刊登在《國際天體生物學雜誌》上。

太陽風與地球上的風截然不同,衛星無法像風車一樣發電。衛星並不是利用渦輪上的葉片鏇轉發電,而是利用一根帶電銅線捕獲快速遠離太陽的電子,這些電子的移動速度可達到每秒數百公里。根據研究小組的計算,安裝在一個2米寬接收器上的300米長銅線以及一個10米寬太陽帆所產生的電量足以滿足1000個家庭的用電需求。一顆攜帶1000米銅線的衛星以及大約位於同一軌道的8400公里寬太陽帆便可產生10億的3次方瓦特電量,大約相當於地球當前用電量的1000億倍。

當然,所有這些電量都必須傳回地球,否則沒有任何意義。衛星產生的一些電量將被輸送到銅線,以產生電子收集磁場。餘下電量用於為一道紅外雷射束供能,以幫助實現在任何環境條件下滿足整個地球用電需求這一目標。這種發電方式的一大缺陷就是地球與衛星距離太遠,達到數百萬公里,即使最強大的雷射束也會發散,進而喪失大部分能量。斯楚爾澤-馬庫奇表示,雖然用於研製這種衛星的絕大多數技術都已存在,但研發聚焦程度更高的雷射卻是一大挑戰。

愛荷華州大學科學家格雷格·豪斯指出:“太陽風中存在巨大能量,這一點毋庸置疑,利用太陽風的能量產生驚人電量需要藉助一顆體積龐大的衛星,實際操作中的諸多限制將是一個大問題。”研究論文的另一位合著者布魯克斯·哈爾魯普說,這種發電方式面臨巨大的工程學挑戰,所有這些問題必須在衛星部署前得到解決。

最強爆發

2012年,5年來最強的一次太陽風暴在3月7日上午噴發,直接受其影響的就是無線通訊。大量質子經過30多小時的太空遨遊,在8日晚8點左右抵達地球大氣層外層。專家說,這個黑子群還在擴大。

黑子群面積比地球大得多

太陽表面的深色區域就是黑子活動區 太陽表面的深色區域就是黑子活動區

春節期間,太陽風暴讓蘇格蘭、加拿大、挪威等國家都出現了壯麗的極光,但同時,讓加拿大的居民們感到苦惱不已:輸電線電流、無線電波傳播、電視信號和電話信號都受到了影響……中科院紫金山天文台研究員季海生的辦公室內,三台電腦“監視”著太陽。“太陽的表面上有5個黑子群,最大的一個黑子群就是11429。”電腦中的太陽呈淺蛋黃色,表面有5個黑色區域,其中11429最大。別看它就那么一點點,但實際面積大得很,“比地球大得多。長10萬公里、寬5萬公里。”季海生說,2012年3月1日,11429開始出現在太陽東面的區域,快速成長膨大,逐漸發威。

從1日到8日,已經噴發了幾十次耀斑,光X級耀斑就有3次,M級13次,C級31次。

“黑子群11429在7日產生了11個太陽耀斑,目前頻率已經在下降了。”季海生分析,儘管11429依然在變大,但它已經步入“老年”,即便產生耀斑威力已經不會大於X5.4級。“根據經驗,它兩天左右應該就衰老了。”儘管太陽黑子群在逐漸衰老,但它7日產生的X5.4級太陽耀斑威力卻在逐漸顯現。

季海生介紹,X5.4級耀斑經過30多個小時的遨遊,8日晚8點左右抵達地球。

干擾電網

北極航線繞行

據了解,2012年和2013年是太陽活動極大期,太陽黑子從現在開始將更加頻繁地出現,數量也會逐漸增多。太陽磁場活動將會帶來更頻繁的太陽耀斑、日冕物質拋射,以及大量的無線電干擾。在中緯度地區偶爾也能看到。

專家介紹,伴隨人們越來越依賴電子、電訊設備,太陽風暴對人們的干擾也逐漸顯現。GPS、電話通訊由於太陽風暴來襲,難免“短路”,而一些國際航班,要途經北極、南極的都會繞道或者延誤。“對於途經北極的航班來說,太陽風暴來襲的時候是個噩夢,飛機會受到更大的太陽輻射,而且飛機上的電子設備會突然失靈,讓飛機陷入困境。”

爆發記錄

2010年8月

太陽風暴 太陽風暴

各國天文台觀測到太陽表面發生劇烈的太陽風暴,科學家預測,攜帶大量帶電粒子的太陽風將在2010年8月3日抵達地球,在兩極產生強烈的極光現象。據報導,上周末各國天文工作者目睹了一場劇烈的太陽耀斑爆發,耀斑下的太陽黑子足有地球大小,這次爆發隨後引發了太陽表面更大範圍內的太陽風暴,向上億公里外的地球噴發出大量帶電粒子,形成一股強烈的太陽風。

美國宇航局的科學家預測,太陽風暴產生的帶電粒子流將在2010年8月3日“擊中”地球,衝擊地球磁場,同時在地球兩極產生強烈的極光,那將是非常壯觀絢麗的景象。然而,專家警告,如果太陽風暴過分劇烈,將會破壞地球衛星,導致全球大範圍的電力和通信系統中斷。

2013年6月,科學家曾預測太陽風暴將於2013年襲擊地球,屆時太陽將從“沉眠”中醒來,太陽表面史無前例的劇烈耀斑爆發將給地球帶來無法預計的磁暴災難。

可能造成的影響

太陽物理專家、中科院雲南天文台首席研究員林雋則介紹說,並不是每一個太陽活動都會對地球造成影響,爆發方向是否正對地球、太陽風暴到達地球後所剩能量等都是參考因素。他介紹說,太陽風暴會對大氣層外的衛星等宇航設備造成破壞,對地球的影響主要是因為太陽風暴造成大氣加熱,使電離層膨脹,從而造成短波通訊中斷,以及在高緯度地區,由於地磁層擾動,造成的輸變電系統壽命減少或者燒毀。

林雋研究員指出,在我國還沒有因為太陽風暴造成電力中斷的事例發生過。之前造成電力中斷的情況只發生在地球的高緯度地區,但是隨著我國能源分布特點的改變,特別是“西電東輸”和西伯利亞石油管道的鋪設,太陽風暴爆發後可能會對輸變電系統造成影響或者鏽蝕輸油管道。

林雋研究員表示,普通公眾對於太陽風暴不必擔心,因為太陽風暴不會對公眾造成直接人身傷害或重大財產損失,即使有太陽風暴發生,遠距離的輸變電系統也可以通過降低電壓等方式來避免影響。

2011年

據英國每日郵報報導,2011年2月,天文學家稱,地球即將迎接一場猛烈的“太空風暴”,它將導致地球衛星通訊中斷、地面航班停飛和大範圍地區斷電,帶來數千億美元的經濟損失。

天文學家警告指出,在面對較大的太空風暴,人類則變得非常渺小和脆弱,這在任何歷史時期都已得到證實。人類應當做好迎接一場全球性災難。太陽風暴朝向地球釋放大量放射線和帶電粒子,將損壞人造衛星、影響航班和手機網路系統,專家稱,如果該太空風暴非常強大,甚至能夠嚴重影響股市和全球經濟,切斷電力供給數周或者數月時間。

由於太陽現已進入最活躍的11-12年的活動周期,來自太陽的干擾和影響將變得更加強烈。太陽帶電粒子流將以每秒580英里的速度朝向地球飛馳,這將形成壯觀的地面極光現象,並破壞無線電通訊系統。

美國政府首席科學顧問約翰-埃丁頓(John Beddington)教授說:“太空氣候將變得逐漸惡劣,當前我們處於一個相對平靜的太空氣候之下,但我們並不期望這一平靜時期仍能持續。”

太陽高能粒子流侵襲地球10-20分鐘之後將帶來人造衛星大範圍破壞,地球遭受超強等離子流15-30小時侵襲之後將嚴重干擾影響地球磁場。太陽等離子流可在地球上形成北極光現象,並在電力線上誘導形成電流。

2011年3月

中國氣象局國家空間天氣監測預警中心監測顯示,3月7日12時至8日12時,太陽表面連續發生了9次中等級別的耀斑,並伴隨有太陽風暴事件。專家表示,此次耀斑的高密度爆發對地球的影響輕微。 監測顯示,3月6日,太陽表面同時出現多個複雜的黑子活動區,能量迅速積聚。從3月7日12時至8日12時,黑子活動區相繼爆發9次M級耀斑。其中3月8日凌晨4時左右,位於太陽表面西半球的黑子活動區(11164)爆發的M3.7級耀斑還伴隨有太陽風暴事件。預計太陽風暴將於10日至11日影響地球,並引發磁暴和電離層的擾動。

據中國氣象局國家空間天氣監測預警中心研究員薛炳森介紹,多個黑子活動區同時在太陽表面出現,且活動區磁場分布複雜,是造成本次連續耀斑爆發的主要原因。經過集中爆發後,整個黑子活動區能量已迅速減弱。他表示,雖然此次高密度耀斑爆發事件在本期太陽活動周尚屬首次,但從整體上來看只是相對普通的太陽爆發過程,是太陽活動周期性的正常表現,對地球造成的影響輕微,公眾不必恐慌。

專家提醒,地磁暴和電離層擾動期間,短波通信和導航定位等部門將受到一定程度影響。建議有關部門儘量避免進行對無線電通信和衛星導航定位依賴性較高的活動,短波通信使用較高頻率。

記者了解到,太陽風暴是指太陽日冕磁場和電漿的爆發現象,是日冕擾動引起的大範圍物質和磁場從日冕突然向外拋射的過程,也稱日冕物質拋射。日冕物質拋射通常在1至5天內就會從太陽抵達地球。

災難事件

1989年3月13-14日,太陽風暴襲擊加拿大魁北克電站,電壓器被燒毀,造成該地區電網停電;很多近地衛星和同步軌道衛星發生異常、軌道改變,甚至報廢,全球無線電通信受到干擾或中斷,輪船、飛機的導航系統失靈:日本一顆通訊衛星異常,美國一顆衛星軌道下降,美國海軍的4顆導航衛星提前一年停止服務,預警跟蹤目標丟失6000多個;太空人、高空飛機乘客受到超警界的劑量。

1991年4月29日,強磁暴發生後使美國緬因州核電廠發生災難性破壞。

1994年1月20-21日,兩個加拿大通訊衛星發生故障。

1997年1月6-11日,日冕物質拋射使AT&T公司通訊衛星報廢。

1998年5月19日,美國銀河四號通訊衛星失效,同時德國一顆科學衛星報廢。

2000年7月14日,歐美的GOES、ACE、SOHO、WIND等重要科學研究衛星受到嚴重損害,日本的ASCA衛星失控,AKEBONO衛星的計算機遭到破壞。

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

2006年12月13日,太陽風暴對我國短波無線電通信造成嚴重影響:廣州、海南、重慶通信中斷達3小時之後恢復正常;衛星也受此影響,故障頻繁,比如風雲一號氣象衛星、亞太2號通信衛星等等。

2010年8月4日,晚(格林尼治時間),受太陽風暴影響,英國出現壯觀的極光現象;位於同一磁緯度的丹麥和美國北部密西根州也出現了壯觀的極光現象;8月1日,太陽表面出現太陽風暴,數噸電漿拋入行星際空間,當這些電漿抵達地球大氣,便產生絢麗的極光。

2012年3月風暴

2012年3月9日 ,中國氣象局國家衛星氣象中心預測,爆發的太陽風暴還將持續一段時間,雖然強度較大,但由於其噴發物質未直接朝向地球,後期影響不大。

國家衛星氣象中心監測,台北時間3月7日8時24分,編號為11429的太陽黑子群爆發了一個X5.4級的強耀斑,並噴發出速度達到2200公里/秒的日冕物質,日地空間中高能質子通量快速上升,仍舊強度很高。本次太陽爆發事件僅噴發物質的邊緣在1至2日內可能掃過地球,有地磁擾動但沒有促發大地磁暴。

2013年預測

最新報導,美國宇航局在觀測宇宙氣象時,發現2013年太陽再次會甦醒,爆發太陽風暴。如果這一切成真,給人類帶來的經濟損失,預計將是卡特里娜颶風的20倍(2005年卡特里娜颶風重創美國紐奧良州),造成1250億美元損失。

日前美國宇航局(NASA)就非常罕見的提出警告,地球可能遭遇強烈的太陽風暴,而且時間點就在2013年。到時候全球將陷入大停電,網路電子通訊將全部無法使用。如果惡夢成真,人類生活將發生歷史性的大倒退。科學家發現,在地球之外有一個像巨大的肥皂泡般、保護地球的磁氣圈(magnetosphere),正在變薄。

3月30日拍攝的極紫外線多波長太陽全景圖 3月30日拍攝的極紫外線多波長太陽全景圖

2008年12月,美國宇航局宣布發現磁氣圈破了個大洞,比地球寬四倍而且還在擴大中。外層空間射向地球的各種有害粒子將更直接的衝擊到自然萬物和人類社會,過去已經發生過幾次,而即將來臨的下一次太陽風暴,科學家已經準確預測,時間就在2012年9月22日。

這個說法引起了好萊塢的興趣。好萊塢電影《2012》以及《末日預言》,均模擬世界末日天災襲擊地球的恐怖景象,古老馬雅曆法也曾有類似預言。不過美國宇航局一名局資深科學家警告,這個可能出現的“末日景象”,並非發生在2012,而是2013。

這名科學家指出,太陽活動將在2013年左右,從沉睡的靜止期甦醒。屆時將發生大規模日冕噴發現象,巨大的閃焰威力將相當於100枚氫彈爆炸,瞬間撞擊地球磁層。

北極光與火山噴出物互動作用 北極光與火山噴出物互動作用

NASA的科學家、政府決策者和研究員上周齊集首都華盛頓的全國記者俱樂部,參加太空大氣方面的高峰論壇。相關專家在會上討論到,太陽可能將在2013年左右從沉睡中蘇睡,隨即進入活躍期,之後引發的太陽風暴將對地球生成嚴重影響。專家表示,恐怖的太陽風暴影響超乎想像,在活躍高峰期間,黑子生成劇烈爆發活動,觸發太陽風暴。黑子爆發時會釋放大量帶電粒子,可能讓全地球陷入一片黑暗,不但電力無法供給,臭氧層被破壞,電子通訊還可能全部停擺,譬如醫院、銀行、機場都無法運作,更別說個人用的手機、計算機和衛星定位系統。

相關天文專家指出,太陽黑子活動以每11年為一個周期,地球曾在1859年,也就是151年前經歷強大的太陽風暴襲擊。不過,當時電力通訊不發達,因此未造成重大災情。

由於擔心太陽風暴對地球帶來嚴重影響,科學家開始密切監測太陽,同時打算在太陽風暴較頻繁的期間,及早將人造衛星切換到安全模式,以便能減少損害。實際上,科學家早在幾十年前就不斷追求提升太空氣象預報技術的準確性,希望能避開太陽風暴的威脅。

美國宇航局的太陽動態觀測衛星,2010年2月11日從佛羅里達卡納維爾角的空軍基地發射升空,進入距離地表約3萬6000公里的地球同步軌道,以便能24小時監測太陽,希望能進一步了解太陽內部的結構與磁場活動。

太陽風確實存在

人們最初根據彗星的 “尾巴” (彗尾) 總是背離太陽這一現象,猜想也許存在太陽風。20世紀60年代初,通過人造衛星和宇宙飛船的觀測,證明確實存在太陽風。 20世紀70年代的空間觀測發現,在X光日冕照片上有條狀或塊狀的局部暗黑區域,稱為冕洞。冕洞是日冕上的某些輻射和亮度比周圍弱很多的區域,它反映了日冕物質分布並不均勻。在地球軌道附近的太陽風速度一般約為450千米/秒,而來自冕洞的太陽風速度則要快得多,約為1000千米 /秒。太陽風可以吹得很遠,一直吹到太陽系最遠的大行星冥王星之外,進入遼闊的星際空間。

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