科技之谜：太阳的脾气有多大
地球上所有的生命离开太阳都无法生存，这是人人皆知的道理，然而，哺育了亿万生灵的太阳，最近脾气却越来越大———
10月27日地球电离层遭受骚扰，北京、兰州、拉萨等地的高频无线电探测信号均受影响；
10月28日日本通讯卫星首先被袭，当天晚上，“Kodama”通讯卫星信号中断；10月29日日本“回声”数据中继卫星出现信号异常，大部分装置停止运转，进入耗电最少的安全状态；10月30日美国专家称由于太阳耀斑影响到卫星通讯，将不利加州灭火……
科学家研究发现，近半个多世纪以来，太阳黑子活动明显增多，导致太阳耀斑几乎以每11年为一个周期频繁的爆发。尤其令人不解的是，上次太阳黑子活动的周期高峰出现在2000年，新的周期还没到，太阳又于今年10月底再次震怒，耀斑爆发强度达到X28级，成为近30年来最凶猛的一次。如此喜怒无常，我们是不是该进一步认识太阳，揣摩一下它的脾气了？
太阳和太阳黑子
据资料显示，在漫漫宇宙中，比太阳大的星体在宇宙中数以百万计。然而，太阳就像是一台巨型的能量生产机器，每秒钟产生4.0×1023千瓦的能量。换句话说，如果我们能将太阳一秒钟内向外输出的能量收集起来，按目前美国能源使用水平来计算，可以够整个美国使用九百万年。太阳的能源来自太阳核内部所进行的核聚变反应。由于太阳的核心物质的密集以及太阳尺度非常大，所以在日核产生的能量需要经历无数次的吸收和再发射，在五千万年之后到达太阳表面。也就是说，如果太阳现在停止产生能量，我们地球上需要再过五千万年之后才能感觉到。在过去的40亿到50亿年间，太阳一直不停地向外发射可见光和热辐射。太阳中有足够的氢原子使它能够在未来的1千亿年中继续产生能量。但是，大约在100亿~200亿年以后，太阳的表面将向外膨胀，将它的内行星包围在太阳大气中，这其中就包括了我们的地球。到那时，太阳将成为一个红巨星。如果太阳足够大，它有可能重新燃烧，变成燃烧氦的星体。可见，太阳上不断地在发生着各种活动和现象，而太阳黑子的活动正是其中之一。
太阳表面有时会出现一些暗的区域，它是磁场聚集的地方，这就是黑子。黑子是太阳表面可以看到的最突出的现象。一个中等大小的黑子大概和地球的大小差不多。黑子的形成和消失要经历几天到几个星期不等。当强磁场浮现到太阳表面，该区域的背景温度缓慢地从6000摄氏度降至4000摄氏度，这时该区域以暗点形式出现在太阳表面。在黑子中心最黑的部分被称作本影，本影是磁场最强的区域。本影周围不太黑、呈条纹状的区域被称为伴影。黑子随太阳表面一起旋转。从地球上看，黑子大约经过27天完成一次自转。赤道附近的黑子比极区的黑子旋转的要快一些。黑子群，特别是伴有复杂磁场的黑子群常常是耀斑爆发的位置。专家介绍，在过去的三百年中，太阳黑子数按11年的周期有规律地增加和减少。看来，太阳像地球一样也有着季节性的变化，太阳的一年相当于地球的11年。
太阳耀斑的威力
10月27日地球电离层遭受骚扰，北京、兰州、拉萨等地的高频无线电探测信号均受影响；10月28日日本通讯卫星首先被袭，当天晚上，“Kodama”通讯卫星信号中断；10月29日日本“回声”数据中继卫星出现信号异常，大部分装置停止运转，进入耗电最少的安全状态；10月30日美国专家称由于太阳耀斑影响到卫星通讯，将不利加州灭火……据介绍，本次耀斑对应用短波的广播、科考旅游以及海洋航行、军事活动产生了较大影响。
太阳耀斑是什么？为什么会产生这样的影响？专家介绍，耀斑是太阳大气中的爆炸现象，表现为日面突然出现迅速发展的亮斑闪耀，同时释放出巨大能量。从地面光学观测来看，耀斑是太阳表面亮度增强的区域。从X射线和射电辐射观测来看，耀斑是一种噪声爆发。据称，耀斑一般持续几分钟到几个小时，是太阳系能量最大的爆发事件，相当于投放在日本广岛原子弹的400亿倍。随着耀斑爆发，太阳物质和磁场到达地球，撞击地球磁层，从而可以引发地磁暴，并影响到通讯。
许多通讯系统利用电离层反射电波信号进行远距离信息传播，而地磁暴能在所有纬度影响电波传播。有些频率的电波被吸收、有些被反射，从而导致信号快速波动和传播方向被改变。电视和商用电波站很少受到太阳活动的影响，但是地对空、船对岸等电台经常会遭到破坏。另外，一些军用探测仪和早期预警系统也会受到太阳活动的影响。超视距雷达通过电离层反弹回来的信号来监视远距离航天器和导弹的发射，但在磁暴期间，该系统会由于电波骚扰而受到严重的妨碍。有些潜水艇系统利用海底的磁场信号作为他们定位系统的一个输入参数，地磁暴会掩盖和扭曲这些信号。
太阳还有哪些脾气
除了通讯以外，太阳活动引起的地磁暴、质子事件等近地响应还会对人类的卫星、电力系统甚至气候等诸多方面造成破坏。
1989年3月13日至14日太阳活动爆发期间，日本一颗通信卫星异常，美国一颗卫星轨道下降，高能粒子造成我国“风云二号B”气象卫星提前报废；2000年7月14日发生的一次太阳耀斑和日冕物质抛射事件，使得电离层发生强烈的突然扰动和电离层暴，导致短波通讯中断，所有科学卫星受损减寿，日本ASCA卫星失控……可以说，太阳的每次剧烈活动，都会给人类带来一系列的空间灾害。专家解释说，地磁暴和增强的太阳紫外辐射加热地球高层大气，从而引起大气的膨胀。被加热的空气上升，使得卫星轨道大气密度显著增加，使卫星在空间中的拖曳力增强，从而导致运动变慢、轨道轻微地变化。除非定期将卫星向较高轨道推进一点，否则它们将缓慢坠落，最终在地球的大气层中燃烧。随着科技的发展，飞船的各部分都逐渐走向小型化，但小型化的系统更容易受到太阳能量粒子的袭击。这些粒子能够引起芯片物理损坏，也可以改变卫星上电脑的命令。此外，在磁暴期间，电子和离子的数量和能量都有所增加，当卫星穿过这些高能量环境时，充电粒子撞击飞船，从而飞船的不同部分形成不同的充电状态，最后在飞船的不同组成部分间形成弧光放电，从而损害这些部件甚至使它们完全报废。而当能量粒子穿透一个卫星的外壳，在内部某部分积累一定电荷时，就会发生整体充电。当任何一个组件上电荷积累到一定程度，它都要试图通过与其他部件放电而达到控制，这种放电对卫星上的电子系统也存在潜在的危险。
电力公司们同样被太阳活动折磨的苦不堪言。1989年的太阳耀斑爆发，严重影响了加拿大的电力网，也造成加拿大魁北克地区电网停电，600万人遭受停电之苦，美国的东北部和瑞典的部分地区也出现了停电现象。专家说，当磁场在像线圈这样的导体附近移动时，在导体内就会产生感应电流，当磁暴发生时，这种感应电流会相当强，对输电设备的危害是非常大的。目前各国的电力公司只能通过接收地磁暴的警报和预报，尽量减少损害和电力损耗。
太阳是驱动大气环流的热发动机，然而最近的太阳常数测量显示太阳的基本输出量在一个太阳活动周（11年）内有20％的变化，曾经观测到下降最大可以达到50％。大气科学家指出这种变化非常重要，随着时间的推移甚至可能改变气候。在质子事件期间，更多的能量粒子到达地球中层大气。引起分子电离，产生破坏大气臭氧层的化学成分，结果使能够到达地球表面的有害的紫外辐射增强。1982年的一个质子事件曾经使大气中的臭氧浓度暂时下降70％。
此外，特大耀斑所释放的高能量的粒子对人类也会产生危害，其程度相当于核爆中低能辐射对人类的伤害。专家介绍，标准辐射剂量的高能粒子穿透到生物细胞中，可以导致染色体损伤和癌症的潜在危险，大剂量可以导致立即死亡。能量大于30MeV的太阳质子最具危害性。不过这主要对太空中的宇航员存在致命威胁，地面上的人由于受到地球大气层和磁层的保护，所受生理的影响尚不明显，但仍有有医学专家建议心脑血管病、中风及精神疾病的患者在太阳活动峰年还是要注意保持安静和多休息。
在一次信鸽大赛中，竟然有一大批训练有素、经验丰富的信鸽迷失了方向，未能到达目的地，最后经科学证实，这居然也和太阳活动有关。科学家发现，鸽子和其他迁徙动物，如海豚和鲸鱼，多拥有内部生物罗盘，这种生物罗盘是由包裹在神经细胞中的矿物磁性物质形成。由于在磁暴期间，地磁场的扰动会引起人体或生物系统内的压力的变化，导致生物失去辨别方向的能力，所以信鸽训练者在安排比赛时，也要事先了解地磁预报和警报。
不过，太阳活动对人类也并非完全有害，一些地质勘探员更愿意在磁暴期间工作。地址学家常常利用地球磁场来确定地下岩石结构，勘探石油、天然气和矿物储备，这种勘探任务只有当地球磁场平静能够测到真实的磁场时才能完成，而当磁暴发生时，地球表面下电流的变化能对他们判断起到帮助。另外，由于地磁暴而出现壮丽的极光现象，为人们展现出一幅幅漂亮的图画，令旅游者和摄影爱好者们如痴如醉。
在近几十年里，人们已经认识和感受到太阳耀斑、地磁暴对人类的影响，随着技术的发展，受影响的面还将越来越广。希望科学家能早日摸清太阳的脾气，减少太阳活动给人类带来的灾害，并将其转变，为人类造福。 ( 科技日报 记者 付毅飞)
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太阳活动的近地响应
极光：由太阳引起的地磁暴的一种动态的、灵敏的、可以看得见的表现。太阳风增加了磁层中的质子和电子的能量，这些粒子通常在地球的极区进入地球外层大气。但这些粒子与稀薄的高层大气中的中性分子和原子相撞击时，部分粒子就会发出不同颜色的光来。
质子事件：高能质子能够在大耀斑峰值后30分钟到达地球。在质子事件发生期间，大量由耀斑位置释放的高能粒子袭击地球。有些粒子可能顺着磁力线到达我们大气层的顶层。
地磁暴：在耀斑或爆发日珥发生一到四天，一团速度稍慢的太阳物质和磁场到达地球，撞击地球磁层，从而引发地磁暴。这些爆发是地球表面磁场的一种特殊的变化。在地磁暴期间，太阳风的一部分能量被传送到地球磁层内部，从而引起地球磁场在方向和强度上的快速变化。
冕洞：太阳上可以持续几个月甚至几年的变化特征。它们在X射线照片上看起来就像一个大的黑洞。这些洞的根部就在太阳表面的单极磁场区。它们的磁力线直接伸向太阳系。这些开放的磁力线允许高速太阳风不断向外流出。冕洞具有一定的周期性，但是它并不与太阳黑子周期完全吻合。在黑子数达到极大的年份，冕洞数量要多一些。在太阳活动的一些时期，只是太阳的南极和北极可以看到持续的冕洞。
日冕物质抛射CME：在太阳的外层大气———日冕区，物质结构由强磁场控制。在闭合磁力线的上方通常对应的是黑子群。这些被限制的太阳大气可能会突然剧烈爆发，释放泡状或舌头状的气体和磁场，这就是CME（CoronalMassEjection）。一个大的CME能够包含10亿吨被加速到每小时几百万公里速度的物质。被抛射出来的太阳物质在行星际空间中迅速传播，撞击途径的每一个行星或飞行器。CME有时与耀斑相伴随出现，有时独立出现。
转 自：新华网
本文编辑：李迁