“太阳风暴”天外来——话说太阳活动与灾害性空间天气 [复制链接]

第10版(科技)
专栏：

　　“太阳风暴”天外来
　　——话说太阳活动与灾害性空间天气
　　颜毅华
　　在沉寂了数月之后，从去年底进入活跃期的太阳活动重新进入了高潮。我国“风云二号”卫星太阳X射线探测器的实时监测结果证实，北京时间4月3日5时30分至7时40分左右，太阳爆发了有资料可查的1976年以来最强的太阳X射线耀斑。关于“太阳风暴”频频侵扰地球的报道，已成为公众关注的焦点。
　　太阳是一个能量和物质输出极富变化的天体。它的局部区域常常在数分钟或数小时的时间里，将巨大的能量和物质快速释放出来，这种现象称为太阳活动，如太阳耀斑、日珥喷发和日冕物质抛射等。
　　太阳上的一切剧烈活动本质上是太阳大气磁场的变化与重新组织所致。太阳活动具有近似11年的活动周期，表现为太阳表面黑子数目和面积大小的变化、10厘米波长上太阳射电流量的变化等。
　　尽管早在两千多年前，我国的《汉书·五行志》中就有关于太阳黑子的第一次文字记载，但人类直到18世纪才开始系统记录黑子变化并进行编号。目前，太阳正处于1996年开始的第二十三个活动周，2000年与2001年是太阳第二十三周活动高峰期。
　　在太阳活动爆发时，常常伴有X射线、紫外线辐射增强，高能粒子流暴涨和日冕物质抛射等。X射线、紫外线约8分钟可以抵达地球，影响电离层和中高层大气的电离与热状态。高能粒子流，如太阳质子事件，快的可在数小时内抵达地球，使地球数万公里高空的质子流量突增千万倍，影响航天安全。高达百万摄氏度的日冕物质以每秒数百公里至上千公里的超音速呼啸而来，形成冲击波似的风暴于两三天内到达地球，可引起地球极光、全球电离层扰动、电离层暴、地磁场突然扰动、地磁暴与亚磁暴、20到30公里以上的中高层大气密度和温度突增以及高能电子流量增强事件等，会对航天、通讯、导航和电力等高技术系统造成巨大危害，形成所谓的空间灾害性天气事件。人们类比地球上发生的风暴天气，将这些太阳剧烈活动称为“太阳风暴”。
　　在太阳峰年期间，太阳风暴的强烈影响非常显著。1989年3月13日至14日，太阳风暴造成加拿大魁北克地区电网停电，600万人遭受停电之苦，挨冻一天。同时，全球无线电信号受到干扰；日本一颗通信卫星异常；美国一颗卫星轨道下降。后来魁北克电力公司耗资13亿加元改善系统性能，希望在这个太阳峰年中经受住考验。在上个太阳高峰期里，高能粒子造成我国“风云二号B”气象卫星于1990年提前报废。在本次太阳高峰期里，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，短波通讯中断，所有科学卫星受损减寿，如美欧合作耗资20亿美元的SOHO太阳科学卫星的探测器减寿一年，日本ASCA卫星失控，我国短波通讯遭受严重干扰等等，带来了一系列的空间灾害。
　　因此，空间灾害性天气是通过高技术系统影响人类生活、社会、经济发展和国家安全的。越是高技术系统，在空间天气的灾害面前受到的影响越大，而空间灾害性天气的根源正是太阳活动。
　　现在，人们已经知道磁场在太阳活动中起着至关重要的作用。太阳活动是一种大尺度磁场的宏观物理行为，大多数无法在地球实验室里再现。毫无疑问，它服从牛顿定律和麦克斯韦方程。但是，在许多方面，现有理论都无法解释。尽管100年来取得了非凡的成就，但是人们仍不清楚牛顿定律和麦克斯韦方程如何控制这些大尺度行为，从而导致耀斑和日冕物质抛射等现象的发生。
　　目前，太阳物理、日地关系和空间天气过程的研究已经成为国际上最富活力的一个科学领域。我国科技部也于最近批准了国家重点基础研究发展规划项目“太阳剧烈活动与空间灾害天气”，以在空间天气过程的关键环节研究中取得突破性进展。而日前正式启动的“地球空间双星探测计划”，也是要提高对航天活动和地球空间环境灾害性扰动的安全保障能力。
（附图片）
　　压题照片为1996年7月6日SOHO卫星在远紫外波段观测到的一次太阳耀斑引起的日震现象。
　　图中的日震波像水波纹一样以10公里／秒的速度在太阳表面传到了距震心10万公里以外的地方。这次耀斑产生的日震能量比1976年唐山大地震时所释放的能量高数万倍以上。每幅图尺寸为22万×22万公里。