太陽浩劫，如何躲過？

趙洋

現(xiàn)實生活中，小行星與地球擦肩而過的消息經(jīng)常成為新聞頭條，但卻很少有人關(guān)心太陽對地球的潛在威脅。今年7月美國宇航局宣布，兩年前的一場超級太陽風(fēng)暴差點命中地球，其威力“足以把現(xiàn)代文明打回十八世紀”，從而揭開了太陽暴虐的一面。

這場太陽風(fēng)暴發(fā)生在2012年7月23日，是過去一百五十多年里威力最大的一次。如果它掠過地球，我們可能現(xiàn)在還在收拾殘局。這場太陽風(fēng)暴只要提早一周發(fā)生，地球可能就被擊中了。幸運的是，那場太陽風(fēng)暴只是從地球軌道上穿過，擊中了一顆美國太陽觀測衛(wèi)星。

科學(xué)家們說，如果太陽風(fēng)暴擊中地球，首先會引起大范圍停電，不僅家用電器無法使用，通信也將中斷，甚至家中的馬桶都無法沖水，因為城市供水系統(tǒng)也依賴電力。

科學(xué)家們還說，2012年這場太陽風(fēng)暴的威力至少可與1859年發(fā)生的超級太陽風(fēng)暴相比。1859年發(fā)生的太陽風(fēng)暴是二十一世紀之前記錄到的最強太陽風(fēng)暴，也被稱為“卡林頓事件”。

美國國家科學(xué)院研究表明，類似“卡林頓事件”的太陽風(fēng)暴如果發(fā)生在今天，給地球造成的經(jīng)濟損失可能會超過兩萬億美元，其嚴重程度超過“卡特里娜”颶風(fēng)二十倍。

太陽風(fēng)暴擊中地球的可能性有多大？今年年初，美國科學(xué)家皮特·賴利曾發(fā)表論文，對過去五十年中的太陽風(fēng)暴進行分析，得出的結(jié)論是，類似“卡林頓事件”的太陽風(fēng)暴在今后十年擊中地球的幾率將達12%。

不平靜的表面

當(dāng)我們觀看太陽的時候，往往會被太陽銳利的光芒刺得睜不開眼睛，仿佛太陽表面各處了無差別。實際上，這看似平靜的表面一點也不平靜，而是宛如一鍋劇烈翻騰的沸水。一幅由明暗斑點組成的畫面覆蓋在太陽的光球?qū)?，這些斑點被稱為米粒組織，每個斑點大約1000千米大。當(dāng)你觀察的時候，這些斑點運動不止，但圖案形狀卻保持不變。光球?qū)拥臏囟却蠹s是5500℃，地球上接收到的太陽輻射能基本上來自這一層。

在光球?qū)又馐巧蚝腿彰釋?，是真正的太陽大氣層。色球的厚度約為2000千米，在其內(nèi)部，溫度隨高度的增加而增加，頂層的溫度可達幾萬度。這一層是充滿磁場的等離子體。由于磁場不穩(wěn)定，劇烈的耀斑經(jīng)常在這層里面爆發(fā)，同時還發(fā)射大量的輻射。人們關(guān)心的太陽活動以及對日地空間的影響主要取決于這一層的特征。而太陽風(fēng)暴則發(fā)生在色球?qū)釉傧蛲獾娜彰釋?。這是太陽大氣的最外層，厚度可達數(shù)百萬千米，溫度約為100萬度。

太陽是一個相對寧靜的熾熱氣體球，但太陽大氣始終處于不斷的活動狀態(tài)，這就造成了太陽大氣中一系列復(fù)雜的擾動過程，在局部地區(qū)，這種擾動過程有時候表現(xiàn)得異常強烈。這種擾動的現(xiàn)象，就是人們常稱的太陽活動。目前，人們所了解的太陽活動現(xiàn)象主要包括太陽黑子、光斑、譜斑、日珥、耀斑和日冕狀態(tài)的變化等。

黑子與太陽活動周期

在太陽的多種活動中，最容易觀測到的是太陽黑子。太陽黑子是光球上經(jīng)常出沒的暗黑斑點，是太陽活動的基本標志。在太陽表面，黑子好像一個不規(guī)則的洞，溫度大約3000℃～4500℃，比周圍溫度要低，所以看起來是暗黑的，但這只是明亮的光球反襯的結(jié)果。

在太陽黑子極盛時，意味著太陽活動特別強烈，天文學(xué)上稱這個年份為太陽活動峰年。太陽活動雖然很強烈，但它還是有個周期性的規(guī)律。1843年，德國業(yè)余天文學(xué)家施瓦布持續(xù)觀察并統(tǒng)計了十七年間太陽黑子變化的平均數(shù)量后，發(fā)現(xiàn)太陽黑子的盛衰有一個十年左右輪回的周期。目前認為，太陽黑子活動周期為十一年。國際上規(guī)定，以1755年黑子數(shù)最低開始的十一年周期為第1號，2008年太陽黑子活動開始進入第24號的十一年周期。

太陽黑子是具有強磁場的區(qū)域，太陽內(nèi)部物質(zhì)對流受到黑子強磁場的抑制，減少了從太陽內(nèi)部傳輸?shù)教柋砻娴哪芰?。磁場造成大量的熱量進入日冕，導(dǎo)致劇烈的太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射。

因為太陽的光度與磁場活動有直接的關(guān)系，太陽周期不僅對太空天氣有很大的影響，對地球的氣候也有重大的影響。太陽活動極小期往往和地球低溫氣候聯(lián)系在一起，而超過平均長度的周期則與高溫氣候相關(guān)聯(lián)。在十七世紀，太陽周期似乎完全停止了數(shù)十年，在這期間只觀測到少數(shù)幾個太陽黑子。在這個稱為蒙德極小期或小冰期的時代，歐洲經(jīng)受了很低的溫度。

當(dāng)太陽活動達到高峰的時候，地球氣溫明顯升高，其具體機制，目前并沒有確切的答案。一些科學(xué)家認為，太陽活動的強弱影響了到達地球的宇宙射線數(shù)量，導(dǎo)致高空和低空云量發(fā)生變化，進而影響云層對陽光和地面紅外線的反照，導(dǎo)致氣溫上升或下降。在太陽活動的谷年，太陽輻射比峰年要弱，地球的氣溫相對要低些。而在太陽活動的峰年，地球氣溫有明顯的升高。1995年太陽活動要強于往年，亞非拉夏季酷暑難耐。

在我國，太陽活動谷年附近常會出現(xiàn)南澇北旱的局面，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受到影響。民國時期，氣象學(xué)家竺可楨就發(fā)現(xiàn)歷史上江淮洪水與太陽活動關(guān)系密切，并作出推斷，在1998年和2020年，太陽活動剛好處于谷年期，江淮會發(fā)生大水。果然，1998年長江流域發(fā)生了特大洪水。這其中雖然有長江上游森林植被遭受破壞的原因，但太陽活動對大氣環(huán)流的影響也不能低估。

耀斑爆發(fā)

在所有太陽活動中，最強烈和對地球影響最大的要算耀斑。它來勢猛、能量大。一個大的耀斑從誕生到消失，一般歷時十到二十分鐘，但它釋放的能量卻相當(dāng)于十億顆百萬噸級氫彈爆炸的威力。巨大的能量釋放能引起局部地區(qū)各種電磁輻射和粒子輻射的突然增強，除可見光外，還有紫外線、紅外線、X射線、γ射線、高能粒子及宇宙射線等。這些種類繁多、令人眼花繚亂的輻射在短時間內(nèi)傾瀉而出，穿過日地空間到達地球，引起異常的地球物理現(xiàn)象。強烈的短波輻射會破壞地球大氣電離層的結(jié)構(gòu)，使電離層的電離度增高，電波吸收加強，從而影響地面的無線電通訊，甚至導(dǎo)致電訊全部中斷。這對依賴電訊的行業(yè)是嚴重的威脅。高能粒子流（速度可達每秒數(shù)百或近千千米）到達地球附近時，擾亂了地球磁場，引起磁針劇烈顫動，就像地球磁場突然卷起一場風(fēng)暴。這時，磁羅盤就失去了作用。一部分高能粒子受地球磁場所迫，沿著磁力線向地球的南北磁極大量降落，與高層大氣的原子和分子撞擊，激發(fā)出絢麗多姿的極光。這些電離粒子會破壞地球上的電網(wǎng)，損害甚至摧毀衛(wèi)星上的電子設(shè)備，還會對進行太空行走的宇航員造成極大的傷害。

歷史的見證

公元前三十四年的一天傍晚，愷撒大帝在地平線上發(fā)現(xiàn)了耀眼的光芒，他以為那是進攻的火焰信號，遂命令羅馬士兵沖入海岸城市奧斯提亞。其實，這種光芒是太陽活動引起的極光。

在早期，人類對太陽活動產(chǎn)生的影響并不完全了解。從十九世紀中葉開始，太陽風(fēng)暴才真正顯示出對人類文明的破壞力。

十九世紀中葉，美國人開始使用電報。一些電報員在點擊鍵鈕的時候竟然觸電身亡，這引起了人們的重視——原來被太陽風(fēng)暴干擾的地球磁場給電報機充入了強大的電流。

二十世紀，無線電、飛機和雷達的發(fā)明，使得人類活動越來越容易受到太陽爆發(fā)的侵擾。上個世紀四十年代，英國反空襲雷達曾被無線電信號淹沒。英軍原本以為是納粹德國科學(xué)家研制出了新型的雷達干擾設(shè)備，并準備進行一次大規(guī)模的空襲，全軍上下緊急戒備，事后發(fā)覺，這是太陽活動爆發(fā)制造的一場虛驚。1958年2月，一個強烈的太陽活動高峰，災(zāi)難性地使橫穿大西洋的洋底電話電纜陷于癱瘓。

二十世紀六七十年代相對溫和的太陽氣候使人類放松了戒備。那時，隨著科技的快速進步，人類不斷發(fā)射軌道器和通信衛(wèi)星，并日益沉醉和依賴于廣播電視。到了八十年代，由于太陽周期的影響加劇，人類才重新嘗到了太陽風(fēng)暴的苦頭。1984年，美國總統(tǒng)里根訪華途中，他乘坐的“空軍1號”座機的通訊受太陽風(fēng)暴嚴重干擾長達數(shù)小時。而1989年太陽活動高峰期間，太陽風(fēng)暴重創(chuàng)加拿大魁北克省的電網(wǎng)，九十秒內(nèi)，一萬多個變壓器被燒毀，致使魁北克電力中斷九小時，六百萬居民飽受停電之苦，部分地區(qū)停電幾天以上。

太陽的劇烈活動會對航天器產(chǎn)生毀滅性的影響。太陽劇烈活動產(chǎn)生的高溫等離子體和高能電子能引起航天器的金屬表面充電;產(chǎn)生的高能粒子能引發(fā)航天系統(tǒng)災(zāi)難性的后果，并使航天器和航天員產(chǎn)生嚴重的輻射損傷;太陽活動會使地磁擾動，影響航天器正常飛行;太陽活動還會影響高層大氣，進而引起航天器軌道的衰變。

迄今為止，已有數(shù)顆人造衛(wèi)星在太陽“鬧事”時失靈。1987年，仍然處于太陽黑子高峰期間，美國NOAA中心的衛(wèi)星因遭遇太陽風(fēng)暴而導(dǎo)致不可挽回的毀壞。1989年太陽大磁暴，西半球的短波通訊大為衰減，并中斷了六十次，其中兩次長達十二小時，使得氣象衛(wèi)星中斷云圖發(fā)送，軍事跟蹤目標消失，造成巨大的經(jīng)濟損失。2003年秋季，日本多顆衛(wèi)星在太陽風(fēng)暴的干擾之下連連遭殃：“回聲”數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星出現(xiàn)信號異常，“綠色2號”地球觀測衛(wèi)星的太陽能電池板發(fā)電能力基本喪失，“兒玉”通信衛(wèi)星也出現(xiàn)短暫信號中斷。

影響地球生命

在日常生活中，我們常常會聽到一些訓(xùn)鴿者抱怨說，他們近年飛丟了不少鴿子;而另一些人在一夜醒來之后，驚喜地發(fā)現(xiàn)飛來了未曾在此筑巢落戶的鳥兒。專家分析，這其中的原因是太陽黑子爆發(fā)引起地球磁場發(fā)生變化，從而導(dǎo)致以磁場為導(dǎo)航的鳥類迷失了方向。有專家認為，有些地區(qū)特有的珍稀動物滅絕也與太陽黑子爆發(fā)有對應(yīng)關(guān)系。

人類健康受到太陽的影響也不容小覷。俄羅斯科學(xué)院生物物理研究所通過實驗研究發(fā)現(xiàn)，太陽黑子活動強度的增加與生命體免疫力的下降在時間上有相關(guān)性。在太陽黑子爆發(fā)的年份，人體抗病能力減弱，傳染性疾病容易大規(guī)模爆發(fā)。醫(yī)務(wù)工作者也曾發(fā)現(xiàn)，流感病毒也有著十一年的流動周期，從1173年到1978年，共爆發(fā)過九十六次全球性的流感，半數(shù)以上是處于太陽黑子峰值年，剩余部分也是發(fā)生在太陽黑子高峰期的前后兩年。原因在于，太陽黑子爆發(fā)使得大量的粒子流和射線流穿過地球大氣層，飄浮于地球大氣中結(jié)構(gòu)極為簡單的病毒基因很容易發(fā)生斷裂重組，從而令病毒變異生成新一類更為致命病毒的幾率大大增加。尤其是流感類病毒，它的變異速度快過人類自身免疫系統(tǒng)的更新速度。

這僅僅是太陽活動對生命體影響的一個方面。太陽活動劇烈的時候，紫外線、射電波、高能帶電粒子流及短波輻射對地球的照射顯著增強，這類輻射能迅速導(dǎo)致人們患白內(nèi)障及惡性皮膚瘤，顯著破壞人體免疫系統(tǒng)，誘發(fā)各種疾病。過量的短波輻射，甚至能立即致人死亡;太陽活動爆發(fā)的時候，心血管疾病的突發(fā)增多，心臟病患者的病情加重，甚至危及生命。

另外，太陽活動的高峰期，人的生物周期包括情緒、心理、思維活動等也會產(chǎn)生很大波動。太陽活動強烈時，人的記憶力、判斷力明顯下降，處理和分析問題的能力也明顯降低。這可能就是太陽活動劇烈的時候，交通事故、飛機失事增多的原因。甚至一些法學(xué)家發(fā)現(xiàn)，社會犯罪率在太陽黑子爆發(fā)時期也有所上升。

最猛烈的太陽風(fēng)暴

2003年10月末，太陽黑子連續(xù)爆發(fā)產(chǎn)生的太陽風(fēng)暴襲擊了地球。這場罕見的太陽黑子爆發(fā)堪稱一場天文奇觀。

按照11年的太陽活動周期規(guī)律，太陽活動達到頂峰后會回落，在第23號的十一年周期中，太陽周期的高峰在2000年左右，其后應(yīng)該進入削弱期。但是，此次太陽卻異常爆發(fā)了，在2003年10月和11月，太陽黑子不尋常地連續(xù)產(chǎn)生巨大的太陽風(fēng)暴襲擊了地球，這就像在非龍卷風(fēng)季節(jié)刮起了一場巨大的龍卷風(fēng)。

根據(jù)文獻記載，此前最嚴重的一次日冕噴發(fā)現(xiàn)象發(fā)生在2000年4月，不過那次太陽磁暴產(chǎn)生的氣體和塵埃并沒有直接襲向地球。而此次太陽磁暴過程中，有將近100億噸的物質(zhì)被拋向地球，“兒玉”通信衛(wèi)星一度通訊中斷就是因為這次太陽風(fēng)暴。風(fēng)暴引起的地磁暴，導(dǎo)致瑞典南部城市馬爾默停電一小時，約兩萬個家庭受影響。

天文學(xué)家證實，2003年11月4日的太陽爆發(fā)是天文史上最強烈的一次，NOAA監(jiān)測太陽的GOES衛(wèi)星X射線探測器一度飽和，指針一直指向最高值。此次太陽爆發(fā)噴射而出的冠狀物以大約每秒2300千米的速度離開太陽表面，向太空拋射了數(shù)十億噸的超熱氣體，沖向地球的僅僅是其中一小部分。

太陽發(fā)飆早知道

因為太陽活動與人類生存環(huán)境息息相關(guān)，因此，研究太陽活動規(guī)律并設(shè)法對其進行預(yù)報，具有重要的應(yīng)用價值。太陽活動預(yù)報按照預(yù)報時間的長短分為長期、中期和短期預(yù)報。長期預(yù)報一般是一年或幾年以上的預(yù)報，如預(yù)報太陽黑子周期的演變。中期預(yù)報主要是提前幾天或幾個月的預(yù)報，預(yù)報這段時間里太陽表面是否會出現(xiàn)大的活動區(qū)。短期預(yù)報是提前1～3天的預(yù)報，主要是預(yù)報耀斑和由耀斑引起的電離層騷擾。目前，短期預(yù)報是太陽活動預(yù)報中最成功的。

太陽活動預(yù)報需要有完整的太陽和地球物理數(shù)據(jù)，但地球上任意地點都只有白天才能看到太陽，因此這需要國際的合作。合作的組織工作主要由國際無線電科學(xué)協(xié)會和國際天文學(xué)聯(lián)合會負責(zé)，協(xié)調(diào)各國每天二十四小時不間斷地對太陽進行觀測。

總的說來，太陽活動預(yù)報目前還沒有一種比較完善和有效的方法。不同預(yù)報中心的數(shù)據(jù)來源、預(yù)報技術(shù)和預(yù)報內(nèi)容均有很大差別。預(yù)報水平一般不高，只有當(dāng)太陽活動處于低年時，預(yù)報安全期才有較高的準確度，報準率可達90%;對大活動區(qū)預(yù)報大耀斑的出現(xiàn)，報準率約40%。關(guān)于太陽活動的研究仍是二十一世紀的科學(xué)難題之一。

相比有濃密大氣和堅固建筑物保護的地球人而言，在高空飛行的航空人員和在太空執(zhí)行任務(wù)的宇航員面臨太陽風(fēng)暴時更加脆弱。此外，那些乘坐高緯度接近極點航線飛機的乘客也會暴露在日益增多的宇宙射線之下。而暴露在射線之下極可能患上輻射病——通常表現(xiàn)為發(fā)熱和嘔吐。

一個設(shè)在南極洲的新的太陽風(fēng)暴探測系統(tǒng)，可以提前兩小時提示宇航員穿上防護服以對抗大規(guī)模的太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射。這種探測器設(shè)在位于南極點的美國阿蒙森-斯科特科考站，通過對太陽風(fēng)中質(zhì)子能量的探測，可以在太陽風(fēng)暴來襲前166分鐘對做出預(yù)報。這些設(shè)備預(yù)測太陽質(zhì)子峰值的有效范圍在數(shù)十萬到數(shù)百萬兆吉電子伏之間。超過100兆吉電子伏能量的質(zhì)子可以穿透任何在其運行軌跡上的物體。這一預(yù)警時間足以讓宇航員在航天器防護墻的區(qū)域遮蔽自己，高緯度極地航線飛機也可以有充足的時間來降低其緯度以獲得地球磁場的保護。

更好的策略是早期預(yù)警。英國布里斯托爾大學(xué)的工程師阿什利·戴爾及其同事正致力于一個名為SolarMAX的項目。戴爾計劃在太陽周圍布置一圈小型人造衛(wèi)星，既能測量太陽的磁場，也能監(jiān)測太陽風(fēng)暴可能途經(jīng)的空間環(huán)境。這能幫助我們預(yù)測大型太陽風(fēng)暴可能發(fā)生的時間地點，及是否會瞄準地球。戴爾估計，這可以給我們提供長達幾天的預(yù)警時間。在這段時間里，人們可以轉(zhuǎn)移電網(wǎng)上的負荷，切斷易受損的電線，讓人造衛(wèi)星重新指向……這些措施能夠防止太陽風(fēng)暴可能帶來的大多數(shù)破壞。

下一步技術(shù)進展會如何呢？也許是像科幻影片《太陽浩劫》中設(shè)想的那樣，使用炸彈人工干預(yù)太陽的變化;也許是像科幻小說《全頻帶阻塞干擾》中描繪的那樣，四兩撥千斤地制造出超級太陽風(fēng)暴……太陽浩劫的故事，還遠未到結(jié)束的時候?！矩?zé)任編輯：楊?楓】