形成
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電漿,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。
自然現象
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。太陽風暴爆發時,將影響通訊、威脅衛星、破壞臭氧層,對人體的健康也會造成一定影響。
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。
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。
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���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。
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。進入太陽黑子的高峰年,太陽黑子進入活躍期,並將持續到今年夏季。
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���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。
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。
危害
![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](http://178.128.105.246/cars-https-www.jendow.com.tw/img/6/9b0/nBnauM3XxMTM0kzMxAjN5kTM3ITM2IzNyQjMwADMwAzMxAzLwYzL3QzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLyE2LvoDc0RHa.jpg)
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)電漿雲等都會大大加強,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攻擊。
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。
外媒:太陽風暴若影響地球或致近20萬億元損失。
中國日報網4月10日電(信蓮)據英國《獨立報》4月8日報導,強烈的太陽風暴可能會給地球帶來災難性的後果,導致地球通信系統常年癱瘓,甚至威脅地球生命,造成的經濟損失可能高達6000億到2.6萬億美元(約合人民幣3.9萬億至16.8萬億元)。
這種極端太空天氣爆發的機率雖然極低,但一旦出現,將給地球帶來巨大影響。美國國土安全部、美國航空航天局等機構正致力於應對這種極端災害。另外,不少科學家也警告說,人類必須採取更多行動,才能有效應對災情。
太陽風暴此前曾經給地球找過麻煩。1859年的卡靈頓事件是人類歷史上遭遇的最強烈的太陽風暴之一。如果放到今天,這場風暴會導致通信系統大規模癱瘓。一方面,它會導致通信衛星工作失常,破壞全球衛星定位系統,導致飛機無法正常飛行。另一方面,這種風暴還可能徹底刪除計算機系統的存儲記錄。
而修復現代世界所依賴的基礎設施等工作可能會耗時數月、甚至數年。英國勞埃德保險公司估計,極端太空天氣一旦“光顧”,修復工作將耗資6000億至2.6萬億美元。
目前,科學家和多國政府機構正致力於應對極端太空天氣。美國國土安全部高級分析師傑克·安德森稱,當前,人們評估災害後果的能力仍有欠缺。科羅拉多大學大氣和太空物理實驗室的主任丹尼爾·貝克爾則表示,系統一旦開始崩潰,就會形成無法想像的連鎖反應。
白宮科技政策辦公室高級官員塔瑪拉·迪金森認為,在這些問題的應對方面,美國政府正處於“關鍵轉折點上”
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、管道傳送強大元電荷,影響���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。
災難事件
![(圖)太���風暴](http://178.128.105.246/cars-https-www.jendow.com.tw/img/e/c77/nBnauM3XwADOxYzNxgTOxQDOzITM4UzMxQjMwADMwAzMxAzL4kzL1AzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLzE2LvoDc0RHa.jpg)
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。
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](http://178.128.105.246/cars-https-www.jendow.com.tw/img/9/e4b/nBnauM3XxQDO5czM5YzM5kDM4ITM5gzM4MTOwADMwAzMxAzL2MzL4YzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmL0E2LvoDc0RHa.jpg)
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,向上億公里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。
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](http://178.128.105.246/cars-https-www.jendow.com.tw/img/9/3f4/nBnauM3X1ATO2cjN3ATO3ETMzMTM1UjN5gzMxADMwAzMxAzLwkzLzQzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLxE2LvoDc0RHa.jpg)
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(台北時間: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。
應對措施
由美國德拉瓦大學、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、德拉瓦大學科研人員約翰·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太空飛行器內的隔離區,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。
圖說世界
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解析太陽風暴之迷
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成因 | 太陽活動| 太陽黑子| 日冕物質拋射| 光斑| 太陽風| 譜斑| 太陽輻射| 耀斑| 日珥| 冕洞| 中微子振盪| 太陽自轉 |
後果 | 磁暴| 極光| 幻日| 電磁干擾| 日冕物質拋射 |
太陽結構 | 色球層| 光球層| 米粒組織| 日冕| 日冕圈| 過渡區| 太陽核心| 對流層 |
太陽觀測器 | 尤里西斯號| 太陽動力學天文台| SOHO衛星| 日地關係天文台| 恆星攝譜儀| 太陽探測器+ |