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    地球“流浪”之前的必答题——太阳的“三板斧”

    发布时间:2019-03-22 15:25:25

    在三伏天的夜晚,最幸福的事情莫过于躺在空调房中,刷着wifi信号满格的手机。但是,有一个家伙,却不管你是“水深又火热”还是“无网则不利”,只要它不高兴,分分钟各种电路全都给你掐断。谁呀?老熟人了,大家都认得的太阳公公。

    这可不是逗你玩儿!太阳的“三板斧”那是相当了得!早在1989年3月13日,太阳就曾“把加拿大魁北克省的电闸拉掉”。那天晚上,数百万人就在惶恐与不安中度过了一个漆黑的寒夜。

    太阳这“三板斧”是什么,究竟有何厉害之处?为了搞清楚事情始末,须得去太阳上调查一番。

    太阳耀斑

    攻击形式:全波段光能

    攻击速度:30万公里/秒

    预计到达地球所需时间:8分钟

    攻击强度:a、b、c、m、x 逐级十倍增强

    影响领域:通信、导航以及相关航天、军事活动

    先说光球层上的太阳黑子。早在两千多年前中国古人就有记载,在《汉书?五行志》中有这样的记载:“成帝河平元年……三月乙未,日出黄,有黑气大如钱,居日中央。”翻译过来就是:公元前28年,三月乙未这一日,太阳升起来后颜色暗淡发黄,能看到一个黑色的圆形印记如同一枚钱币一样,就在太阳中央位置上。用今天的科学知识来解释这一现象,可能是当日特殊的天气条件,比如雾或是沙尘,遮挡了初升后太阳强烈的照射,使得人们可以以肉眼看到黑子。

    在科学上太阳黑子还有另一个名字,叫做太阳活动区,这里因为磁场的作用束缚了太阳上高温等离子体的流动,导致黑子区域温度较周围低1000摄氏度左右而呈现黑色。相反,这种磁场能量的不断累积和角力恰恰又构成了太阳活动区的爆发。

    如果用生活中的例子做比喻的话,做一锅炸酱面酱料时的场景与之着实有些类似:一股热油裹挟着一块五花肉,在炉灶的加温和铲子的不断翻炒下,在油锅中翻滚着,滚着滚着就遇到了一块跟它一样的五花肉,两股“神秘力量”交织在一起,在一番角力和比拼后,要不一起翻滚,要不分道扬镳,还有一种可能,就是变成一个炸裂的酱泡,崩得掌勺大厨一哆嗦。这实际只是一瞬间的事儿,而太阳黑子上的磁场变化过程则能够持续数天到数十天之久,一旦能量达到磁场的边界值,就可能突破其束缚造成爆发。

    这就是太阳的“第一板斧”——太阳耀斑。

    在耀斑的光波中,有一部分波长短能量较高的光波如γ射线和x射线,会影响地球的大气层,造成电离层扰动甚至紊乱,使得通信和导航系统出现异常。

    在距离地面数十公里乃至上千公里高度的地球大气,在太阳的辐射作用下出现电离或部分电离的状态。这为无线电的传输制造了天然的反射面,有些电波遇到电离层会被反射回来并被数百公里外的接收站点收到。1895年意大利科学家马可尼的无线电通信实验就是建立在这个基础上的。电离层一旦受到耀斑的光辐射就可能出现密度不均结构混乱的问题,原本应该被反射的电波穿过去了,而来自卫星和航天器的本该穿过电离层被地面接收的信号却被反射了出去。

    高能带电粒子

    攻击形式: 带电粒子

    攻击速度:数万公里/秒

    预计到达地球所需时间:数小时

    攻击强度:直接剧烈轰击

    影响领域:航天、航空、通信,特别是载人航天

    伴随耀斑一同飞出的高能带电粒子则是太阳的“第二板斧”。

    高能粒子本身体积小速度极快,将直接轰击阻挡在其飞行路线上的一切物质,大到卫星和太空飞船,小到大气原子,就是一个字——“撞”。它们速度快到什么都不怕,人造航天器都可以直接穿透而过,留下出现异常指令而不得不进入安全模式重启的一堆可怜的卫星。

    这还算幸运的。2003年11月期间的一系列太阳活动,直接“撞坏”了多颗人造卫星,数十颗卫星数据异常甚至无数据,日本的eos卫星干脆“丢”了。

    高能粒子的轰击还能造成大气密度的升高,虽然在数百公里高度上的大气非常稀薄,但是这陡然增加的上百倍密度差可能造成严重后果,比如我国的“神舟五号”飞船就曾因大气密度激增,一天内轨道高度快速下降,最终不得不消耗大量燃料来进行弥补。

    日冕物质抛射

    攻击形式:一大堆的粒子来打击

    攻击速度:数百公里/秒到两千公里/秒

    预计到达地球所需时间:一天到四天不等

    攻击强度:全球地磁暴

    影响领域:输电、长距离管网、航空、航天

    前面提到的日珥以及太阳最外面的日冕,有时也会因为活动区的爆发被一起抛离太阳,这种现象我们叫它“日冕物质抛射”。如果说前面的耀斑和高能粒子只是太阳冲着我们“打了个喷嚏”,那日冕物质抛射差不多就是跟咱们“动手了”。

    别看太阳这第三板斧速度最慢,可它力量大啊!日冕物质抛射一股脑儿地将几亿吨乃至几十亿吨甚至更多的太阳物质高速抛出,浩浩荡荡地在宇宙中飞行数天。一旦恰巧击中地球,首先地球的磁层会被“挤压”甚至是“扭动”,放大到全球范围则是发生地磁暴。

    这种过程虽然看不见摸不着,但输电设备和金属管网却对它很敏感。还记得开篇提到的加拿大魁北克省大停电吗?那就是正处在工作负荷较高的电网突遇太阳爆发造成的地磁暴,磁生电电生磁,两者相互影响,一股额外的电压出现在本就满负荷的电网中,成为压垮骆驼的最后一根“太空稻草”。

    除此之外,地球周围的空间环境也会在日冕物质影响下发生变化,出现粒子浓度上升、大气密度增大、航空辐射增强等一系列状况。

    不过,从好的方面来讲,日冕物质抛射也可能给我们带来“纯天然大礼”,那就是在地球两极地区上演的极光秀。(文/韩大洋)