simplicity is prerequisite for reliability

太阳大爆发:远道而来的太阳风暴

tags tags

1989年3月,加拿大魁北克省的电力突然全面中断,持续时间长达9个小时。令人惊讶的是,这次事件的“罪魁祸首”竟是太阳!事后人们才知道,是一次莽撞的太阳风暴跟人类开了个不小的玩笑。

如果以能量计算,任何一次太阳风暴都像是挣脱地狱的魔鬼。它从炽热的太阳身上逃逸出来,挟带着数量惊人的X射线、等离子电荷和巨大磁场,穿越了几百万公里的空间路程,向着人类居住的地球扑来。幸运的是,它们大多数都消失在漫无目的的旅程中,只有很少一部分能到达地球,而到达地球中的一部分,又被厚厚的大气层挡在地球之外,能够穿透大气层并对人类产生影响的就只是极少数--但正是这样的极少数造成了像1989年的魁北克事件这样的重大事故,给人类以灾难性的影响。这些射线和带电离子无情地轰击地球,就像来自洪荒远古的猛兽恣意蹂躏弱小的动物。有关记录表明,这些不速之客在人类历史上其实早就留下不少“劣迹”,只不过最近才更多地引起人们注意罢了。

科学研究和有力的事实证明,太阳风暴的强大辐射不仅威胁到暴露在太空中的宇航员(太阳活动使宇航员遭受的辐射剂量相当于作几百次X射线胸部透视)和卫星,甚至能穿透地球的大气层,扰乱地球磁场,进而影响人类的生活。根据科学家的观测,这种情况往往发生在太阳活动最活跃的时间段。当太阳活动进入活跃期,就会使手机等无线电通讯、飞机和船只的导航以及电力供应受到严重干扰,甚至发生中断,人的大脑也将受到各种辐射的损伤。在臭氧层减少的地区这种影响表现尤为明显。

除太阳风暴之外,三种太阳现象:冕洞、太阳耀斑(亦称色球爆发)和日冕喷射,对太空气象的影响也至关重要。对人类的生存也构成严重的威胁。

冕洞是日冕表面温度较低的部分,在X光射线或紫外线下看起来比周围的地带要暗一些,就像是一个个的黑洞。随着太阳自转而旋转的冕洞如同草地上浇水的水龙头,把太阳内部爆发产生的原子流抛向太空,而其中的一部分会撞击地球的磁场,使得平时被地磁场紧紧束缚的带电粒子四散逃逸,从而引起地球地磁扰乱现象。

太阳耀斑是色球层中的能量爆发,它挟带着强大的X射线、紫外线和带电粒子轰击着整个太空。在太阳最活跃的时间段里,它的威力将比相对平静的时期强大1000倍。首先到达地球的是X射线和紫外线,它们轰击地球上层大气,产生电离现象,低能电子包围着太空中的宇宙飞船和人造卫星,而静电放射很可能损害精密电子仪器。射线袭击20分钟后,高能质子和强力原子接踵而至,它们的能量比平常的太阳风要强大几百万倍。“当它的威力发挥到极致的瞬间,任何飞行在空中的物体都处于极度危险中--连超人也不例外。”美国国家海洋与大气局太空环境中心副局长荣•茨威格说。

这三种太阳现象中,日冕喷射最能引发狂暴的太空气象。通过设置在探测卫星上的广角光谱日冕观测仪,我们看到的日冕喷射就像是太阳顽皮的嘴里吹出的明亮气泡,谁能想到它的威力是那样令人颤抖呢?包含着几百万吨的太阳物质和一部分太阳磁场,狂野地冲向太空。它逃出太阳的羁绊几天后便会粗野地闯入地球,“所有的地狱出口都将大开。”一位研究者不无夸张地形容它们到来后的灾难。巨大的冲击可能强烈地扭曲地磁场,产生被称为“杀手”的电子湍流,它们的穿透力不但能钻入卫星内部造成永久性破坏,甚至切断电压调整器和电路传送,造成地面电力系统的全面崩溃--1989年的魁北克事件已经给了我们活生生的例证。

根据一些科学家的调查,太阳活动对人类的影响范围不单是我们上面提到的无线通信、电力系统等,更涉及到地球的气候、疾病的传播等等重大问题。当太阳活动极大年到来时,这一切都将更为引人注目。

我们已经知道,太阳风暴是漫游在广袤太空中的“游侠”,平时很少光顾地球。但是,在太阳活动极大年中,太阳风暴袭击地球的频率是平常的几倍,通常一星期就发生几次。尽管其中大部分都不为人知地悄悄消逝在空中,不会产生什么重大影响,但如果发生大能量的冲击,很可能造成严重的后果,甚至比1989年魁北克事件更具破坏力。正因为如此,天体物理学家们比往常更紧张地工作着。通过巨型天文望远镜和探测卫星,他们从每一个可能出现太阳风暴的角度观测着无垠的太空。时刻警惕着这些可能到来的“侵入者”。

“如果能提前--哪怕是一个小时--预报太阳风暴的到来并加以警告,人类受太阳风暴影响而造成的损害就能降低到尽可能低的程度。”科学家如是说。

尽管目前太空气象预报的水平只相当于1960年的地面天气预报水平,但30多年来,太空环境中心的研究人员在24小时预报太阳风暴爆发的工作上取得了很大的进展。这种爆发通常是由于太阳内部一向受压抑的磁场力被突然释放而产生的,对太空气象的影响至关重要。但最可靠的太阳风暴警告预报时间只有一个小时:当从太阳放射出的电离云经过设置在太空中的太阳探测卫星时,我们才能得到准确的信息。这颗探测卫星离地球150万公里,太阳冲击波只需一小时就越过这段对我们来说遥远之极的距离,很快到达地球。而在一个小时内,要把警告信息传遍全球,实在令人有点措手不及。

国家航空和宇宙航行局计划把一颗新型探测卫星送上太空,其目的是追踪记录从太阳到地球的风暴轨迹。同时,他们还将与能源部等部门通力合作,把新型器材运送上气象卫星以搜集预报太空气象的信息,力争在10年内达到准确预报太空气象的水平。目前,太空环境中心在互联网上预报太空气象,它的网址是www.sec.noaa.gov。要在准确的基础上进行全面的太空气象预报,正如专家所言,我们还有很长的路要走。

对于生活在太阳底下的人类来说,当我们的思绪偶然从琐碎的日常生活转向广袤的太空和炽热的太阳时,是不是会有一种特别的感受袭上心头?而想想有一天跟我们朝夕相伴的太阳竟会是给我们带来灾难的瘟神,那是怎样一种心情!

在人类探索宇宙过程中,水被认为是生命存在的一种标志,有水就意味着有地外生命存在的可能,但是地球上的水又是从哪里来的呢?我们喝的水又是从哪里来的?这个看似简单的问题估计已经难倒了80%的读者。说起地球上的水源肯定要追溯到地球形成的初期,地球原本也像太阳系中其它星球一样干枯干燥,但是从一颗小行星撞击远古地球以后,这一切都改变了。

最新研究表明,大约在45亿年的时候,一颗质量为地球七分之一的小行星撞击了地球,这颗行星我们并不陌生,它叫“忒伊亚”,人类的存在与它有密不可分的关系,因为它才产生了我们地球所需的水源,忒伊亚和远古地球相撞过程中交换了水资源和撞击残骸,地球有了水资源,而忒伊亚则被幢成许多大块陨石碎片和尘埃,环绕在地球周围,日积月累,就像滚雪球一般碎块逐渐结合在一起积累起来,形成了我们现在的月球。

俄罗斯圣彼得堡大学的霍夫曼教授,曾测量地球和月球的物质组成,它们都有忒伊亚星球的共同组成部分,氧元素的某一同位素组成在太阳系的许多行星中都有非常大的差异,而地球和月球氧的这一同位素具有非常相近的构成比例,正是由于忒伊亚携带的氧和地球撞击后相互均匀,才会有这样的结果,地球共享了氧,这就表明我们现在喝的水应当是来自于45亿年前撞击地球的忒伊亚。

太阳大爆发:远道而来的太阳风暴