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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。太陽風暴隨太陽黑子活動周期每11年發生一次,是一種太陽自身的周期性變化,每個周期內都會有峰年。太陽風暴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,對人體健康也有一定的危害。

1 太陽風暴 -簡介

太陽風暴(Solarstorm)是指從太陽上層大氣射出的超高速等離子體(帶電粒子)流。這些帶電粒子到達地球後會迅速擾亂地球磁場,可以造成通訊系統、GPS衛星失靈,被擾亂的磁場會在遠距離輸電線中產生電流,這些電流可能造成電網癱瘓。

太陽風暴所含的高能X射線、伽馬射線以及帶電粒子構成的巨大脈衝有可能摧毀所有圍繞地球運轉的人造天體,包括全球定位系統(GPS)以及人造通信衛星、載人航天器與國際空間站。另外,地球上的遠距離輸電線構成了巨大的天線,它們在太陽風暴中會形成電流衝擊變電站,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。它導致的經濟損失可能達到1萬億到2萬億美元。

2 太陽風暴 -形成

太陽風暴太陽風暴

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形成的高速粒子流。所以太陽風暴中的氣團主要內容是帶電等離子體,並以每小時150萬到300萬千米的速度闖入太空。太陽風暴隨太陽黑子活動周期每11年發生一次。它是一種太陽自身的周期性變化。每個周期內都會有峰年,這時太陽表面會產生大耀斑和巨大的黑子群,而黑子群釋放的氣體和帶電粒子與地球磁場發生撞擊後會產生地磁衝擊波,而後引發地球磁暴,這就是太陽風暴的形成過程。

太陽風暴是太陽磁場變化到一定程度導致能量爆發的產物。太陽上不同區域的磁場互相影響,到達一個「極限點」之後如果遇上電流,就會在瞬間生成新的磁場,太陽大氣中大量帶電粒子向外噴發。

3 太陽風暴 -發現

太陽風暴是由美國「水手2號」探測器於 1962 年發現的。

1850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。

1859年9月1日正午之前,一位名叫理查德·卡靈頓(Richard Carrington)的英國天文學家目睹了自有記錄以來最強的太陽耀斑。約十八小時以後,強烈的磁暴開始衝擊地球。磁暴導致歐洲和北美地區的電報線路出現誘導電流,繼而冒出火花。

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。

在19世紀之前,這類情況對人類並沒有發生什麼影響。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。

20世紀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。

4 太陽風暴 -活動周期

太陽風暴隨太陽黑子活動周期每11年發生一次,當每11年周期終結時,太陽黑子數目將會下降,太陽風暴會衰減,所有都會風平浪靜。這個「太陽活動極小期」 並不長久,在一年以內,黑子和風暴將逐漸變強,一個新的太陽活動高潮即將降臨。截止到2011年,人類對太陽黑子數量較為完整的記錄積累了23個周期。  

5 太陽風暴 -危害

太陽風暴美國航天局「太陽動態觀測台」發回第一組太陽風暴肆虐畫面

太陽風暴期間,太陽發出的X射線和遠紫外線(指波長為0.1~140納米的電磁波)、射電波(指波長為1毫米~10厘米的電磁波)以及高能粒子流(如質子、α粒子、電子等)等離子體雲等都會大大加強,從而會引發相關的地球物理現象發生。

太陽風暴期間所射出的X射線會比平時增加1000倍,X射線的增加會大大增加地球大氣中電離層的電子密度,從而使短波無線電通訊受到嚴重干擾,甚至會導致無線電通訊中斷。例如,1989年太陽活動22周峰年期間,一次大的太陽耀斑曾使地球上的短波無線電通訊中斷達1小時以上。太陽風暴時產生的高能粒子流會使空間飛行中的一些探測儀器和計算機系統受到嚴重損害,並會直接威脅到太空飛行人員的生命安全。全球定位衛星GPS9783在太陽活動22周峰年期間共發生了13個位翻轉錯誤。太陽風暴時的高能質子會在地球的近地空間造成通量較大的太陽宇宙線事件,被稱為質子事件。同時這些高能質子還會使地球兩極上空的大氣發生擾動,導致短波通訊中斷等。太陽風暴時紫外輻射的強烈變化會直接改變地球高層大氣的溫度和密度,從而會使人造衛星等空間飛行器的軌道發生改變,直接威脅其運行安全。

2012年3月,英國內閣辦公室發布最新《民事應急國家風險名單》,首次認定太陽風暴等嚴酷太空天氣為國家安全威脅之一,可能導致供電和通信等基礎設施系統大面積癱瘓,對民眾生活的破壞力堪比恐怖襲擊。

2012年5月6日,由中國天文學會普及工作委員會主辦的2012年天文科普系列活動上,專家稱2013年太陽將出現「狂飆」,屆時,無線電通訊、植物的生長甚至交通事故的發生都可能受到太陽活動的影響。巨大的耀斑爆發,一次耀斑的威力將相當於100枚氫彈爆炸,瞬間撞擊地球磁層。磁暴發生時,會導致人的心情煩躁,血壓升高,注意力分散,於是事故頻發,精神病人增多,心血管病死亡率上升。

6 太陽風暴 -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、管道發送強大元電荷,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射線檢查量。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

7 太陽風暴 -災難事件

太陽風暴太陽風暴

1989年3月13-14日,太陽風暴造成加拿大魁北克地區電網停電;全球無線電通訊受到干擾;日本一顆通訊衛星異常;美國一顆衛星軌道下降。

1991年4月29日,強磁暴發生后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日的日冕物質拋射使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。

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歇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,數噸等離子體拋入行星際空間。當這些等離子體抵達地球大氣,便產生絢麗的極光。

8 太陽風暴 -爆發記錄

2010年8月
3月30日拍攝的極紫外線多波長太陽全景圖紫外線多波長太陽全景圖

2010年8月3日,NASA公布了太陽動力學觀測衛星(SDO)1日通過極紫外線相機拍攝到的太陽北半球耀斑爆發。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,向上億公裡外的地球噴發出大量帶電粒子,形成一股強烈的太陽風。科學家預測,攜帶大量帶電粒子的太陽風暴預計於4日抵達地球,在兩極產生強烈的極光現象。

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。   

2011年2月

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。人類現在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。    

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,且活動區磁場分佈複雜,是造成本次連續耀斑爆發的主要原因。經過集中爆發后,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。 

2012年3月
2012年3月,美國宇航局圖像所顯示的太陽表面上的極紫外線波長2012年3月,美國宇航局圖像所顯示的太陽表面上的極紫外線波長

2012年3月初,美國氣象專家表示,近五年內最強烈的一次太陽風暴會於3月8日襲擊地球。這次風暴會在格林尼治標準時間8日6點至10點間(北京時間:14至18時)發生,太陽會釋放出大量的帶電粒子。此次太陽風暴可能會擾亂電網、衛星導航系統(GPS)和飛機航線。

2013年

2013年2月,美國宇航局警告稱,地球即將遭受空間風暴,而科學家將太陽風暴比喻為太陽打「噴嚏」。對此,中國科學院研究員表示,NASA關於太陽風暴的預測應該是基於太陽活動長期變化規律得出的結論,判斷2013年下半年可能會再次達到一個階段性高點。

9 太陽風暴 -應對措施

由美國特拉華大學、韓國忠南大學和漢陽大學的科研人員共同研發出一種新型太陽風暴預警系統,可針對特定輻射級別,預測高能帶電粒子何時達到峰值。該系統的設備可測量太陽風暴中首先抵達地球的高能、高速帶電粒子流強度,從而使研究人員提前評估此後到達地球、速度較慢、但潛在危險更大的粒子流,預測其潛在危險水平。

報告作者之一、特拉華大學科研人員約翰·比伯說,提前166分鐘發出預警,可讓在太空執行任務的航天員躲進航天器內的隔離區,也可提醒在地球磁場較弱的極地飛行的駕機者及時降低飛行高度,以便受到地球磁場更多保護。

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