超級太陽風暴來襲 人類如何避難

科學家們說，如果太陽風暴擊中地球，首先會引起大範圍停電，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，因為城市供水系統也依賴電力。科學家們還說，2012年這場太陽風暴的威力至少可與1859年發生的超級太陽風暴相比。1859年發生的太陽風暴是二十一世紀之前記錄到的最強太陽風暴，也被稱為「卡林頓事件」。美國國家科學院研究表明，類似「卡林頓事件」的太陽風暴如果發生在今天，給地球造成的經濟損失可能會超過兩萬億美元，其嚴重程度超過「卡特里娜」颶風二十倍。太陽風暴擊中地球的可能性有多大？今年年初，美國科學家皮特·賴利曾發表論文，對過去五十年中的太陽風暴進行分析，得出的結論是，類似「卡林頓事件」的太陽風暴在今後十年擊中地球的幾率將達12%。

不平靜的表面當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，彷彿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層，這些斑點被稱為米粒組織，每個斑點大約1000千米大。當你觀察的時候，這些斑點運動不止，但圖案形狀卻保持不變。光球層的溫度大約是5500℃，地球上接收到的太陽輻射能基本上來自這一層。在光球層之外是色球和日冕層，是真正的太陽大氣層。色球的厚度約為2000千米，在其內部，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。由於磁場不穩定，劇烈的耀斑經常在這層裡面爆發，同時還發射大量的輻射。人們關心的太陽活動以及對日地空間的影響主要取決於這一層的特徵。而太陽風暴則發生在色球層再向外的日冕層。這是太陽大氣的最外層，厚度可達數百萬千米，溫度約為100萬度。太陽是一個相對寧靜的熾熱氣體球，但太陽大氣始終處於不斷的活動狀態，這就造成了太陽大氣中一系列複雜的擾動過程，在局部地區，這種擾動過程有時候表現得異常強烈。這種擾動的現象，就是人們常稱的太陽活動。目前，人們所了解的太陽活動現象主要包括太陽黑子、光斑、譜斑、日珥、耀斑和日冕狀態的變化等。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常出沒的暗黑斑點，是太陽活動的基本標誌。在太陽表面，黑子好像一個不規則的洞，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果。在太陽黑子極盛時，意味著太陽活動特彆強烈，天文學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律。1843年，德國業餘天文學家施瓦布持續觀察並統計了十七年間太陽黑子變化的平均數量後，發現太陽黑子的盛衰有一個十年左右輪迴的周期。目前認為，太陽黑子活動周期為十一年。國際上規定，以1755年黑子數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域，太陽內部物質對流受到黑子強磁場的抑制，減少了從太陽內部傳輸到太陽表面的能量。磁場造成大量的熱量進入日冕，導致劇烈的太陽耀斑和日冕物質拋射。因為太陽的光度與磁場活動有直接的關係，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繫在一起，而超過平均長度的周期則與高溫氣候相關聯。在十七世紀，太陽周期似乎完全停止了數十年，在這期間只觀測到少數幾個太陽黑子。在這個稱為蒙德極小期或小冰期的時代，歐洲經受了很低的溫度。當太陽活動達到高峰的時候，地球氣溫明顯升高，其具體機制，目前並沒有確切的答案。一些科學家認為，太陽活動的強弱影響了到達地球的宇宙射線數量，導致高空和低空雲量發生變化，進而影響雲層對陽光和地面紅外線的反照，導致氣溫上升或下降。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年太陽活動要強於往年，亞非拉夏季酷暑難耐。在我國，太陽活動谷年附近常會出現南澇北旱的局面，導致農業生產受到影響。民國時期，氣象學家竺可楨就發現歷史上江淮洪水與太陽活動關係密切，並作出推斷，在1998年和2020年，太陽活動剛好處於谷年期，江淮會發生大水。果然，1998年長江流域發生了特大洪水。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流的影響也不能低估。耀斑爆發

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於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傾瀉而出，穿過日地空間到達地球，引起異常的地球物理現象。強烈的短波輻射會破壞地球大氣電離層的結構，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，甚至導致電訊全部中斷。這對依賴電訊的行業是嚴重的威脅。高能粒子流（速度可達每秒數百或近千千米）到達地球附近時，擾亂了地球磁場，引起磁針劇烈顫動，就像地球磁場突然捲起一場風暴。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，激發出絢麗多姿的極光。這些電離粒子會破壞地球上的電網，損害甚至摧毀衛星上的電子設備，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現了耀眼的光芒，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，人類對太陽活動產生的影響並不完全了解。從十九世紀中葉開始，太陽風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、飛機和雷達的發明，使得人類活動越來越容易受到太陽爆發的侵擾。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家研製出了新型的雷達干擾設備，並準備進行一次大規模的空襲，全軍上下緊急戒備，事後發覺，這是太陽活動爆發製造的一場虛驚。1958年2月，一個強烈的太陽活動高峰，災難性地使橫穿大西洋的洋底電話電纜陷於癱瘓。二十世紀六七十年代相對溫和的太陽氣候使人類放鬆了戒備。那時，隨著科技的快速進步，人類不斷發射軌道器和通信衛星，並日益沉醉和依賴於廣播電視。到了八十年代，由於太陽周期的影響加劇，人類才重新嘗到了太陽風暴的苦頭。1984年，美國總統里根訪華途中，他乘坐的「空軍1號」座機的通訊受太陽風暴嚴重干擾長達數小時。而1989年太陽活動高峰期間，太陽風暴重創加拿大魁北克省的電網，九十秒內，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，部分地區停電幾天以上。太陽的劇烈活動會對航天器產生毀滅性的影響。太陽劇烈活動產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;產生的高能粒子能引發航天系統災難性的後果，並使航天器和航天員產生嚴重的輻射損傷;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，已有數顆人造衛星在太陽「鬧事」時失靈。1987年，仍然處於太陽黑子高峰期間，美國NOAA中心的衛星因遭遇太陽風暴而導致不可挽回的毀壞。1989年太陽大磁暴，西半球的短波通訊大為衰減，並中斷了六十次，其中兩次長達十二小時，使得氣象衛星中斷雲圖發送，軍事跟蹤目標消失，造成巨大的經濟損失。2003年秋季，日本多顆衛星在太陽風暴的干擾之下連連遭殃：「回聲」數據中繼衛星出現信號異常，「綠色2號」地球觀測衛星的太陽能電池板發電能力基本喪失，「兒玉」通信衛星也出現短暫信號中斷。

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後，驚喜地發現飛來了未曾在此築巢落戶的鳥兒。專家分析，這其中的原因是太陽黑子爆發引起地球磁場發生變化，從而導致以磁場為導航的鳥類迷失了方向。有專家認為，有些地區特有的珍稀動物滅絕也與太陽黑子爆發有對應關係。人類健康受到太陽的影響也不容小覷。俄羅斯科學院生物物理研究所通過實驗研究發現，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性。在太陽黑子爆發的年份，人體抗病能力減弱，傳染性疾病容易大規模爆發。醫務工作者也曾發現，流感病毒也有著十一年的流動周期，從1173年到1978年，共爆發過九十六次全球性的流感，半數以上是處於太陽黑子峰值年，剩餘部分也是發生在太陽黑子高峰期的前後兩年。原因在於，太陽黑子爆發使得大量的粒子流和射線流穿過地球大氣層，飄浮於地球大氣中結構極為簡單的病毒基因很容易發生斷裂重組，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，這類輻射能迅速導致人們患白內障及惡性皮膚瘤，顯著破壞人體免疫系統，誘發各種疾病。過量的短波輻射，甚至能立即致人死亡;太陽活動爆發的時候，心血管疾病的突發增多，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。甚至一些法學家發現，社會犯罪率在太陽黑子爆發時期也有所上升。最猛烈的太陽風暴2003年10月末，太陽黑子連續爆發產生的太陽風暴襲擊了地球。這場罕見的太陽黑子爆發堪稱一場天文奇觀。按照11年的太陽活動周期規律，太陽活動達到頂峰後會回落，在第23號的十一年周期中，太陽周期的高峰在2000年左右，其後應該進入削弱期。但是，此次太陽卻異常爆發了，在2003年10月和11月，太陽黑子不尋常地連續產生巨大的太陽風暴襲擊了地球，這就像在非龍捲風季節颳起了一場巨大的龍捲風。根據文獻記載，此前最嚴重的一次日冕噴發現象發生在2000年4月，不過那次太陽磁暴產生的氣體和塵埃並沒有直接襲向地球。而此次太陽磁暴過程中，有將近100億噸的物質被拋向地球，「兒玉」通信衛星一度通訊中斷就是因為這次太陽風暴。風暴引起的地磁暴，導致瑞典南部城市馬爾默停電一小時，約兩萬個家庭受影響。天文學家證實，2003年11月4日的太陽爆發是天文史上最強烈的一次，NOAA監測太陽的GOES衛星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。太陽發飆早知道因為太陽活動與人類生存環境息息相關，因此，研究太陽活動規律並設法對其進行預報，具有重要的應用價值。太陽活動預報按照預報時間的長短分為長期、中期和短期預報。長期預報一般是一年或幾年以上的預報，如預報太陽黑子周期的演變。中期預報主要是提前幾天或幾個月的預報，預報這段時間裡太陽表面是否會出現大的活動區。短期預報是提前1～3天的預報，主要是預報耀斑和由耀斑引起的電離層騷擾。目前，短期預報是太陽活動預報中最成功的。太陽活動預報需要有完整的太陽和地球物理數據，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協會和國際天文學聯合會負責，協調各國每天二十四小時不間斷地對太陽進行觀測。總的說來，太陽活動預報目前還沒有一種比較完善和有效的方法。不同預報中心的數據來源、預報技術和預報內容均有很大差別。預報水平一般不高，只有當太陽活動處於低年時，預報安全期才有較高的準確度，報准率可達90%;對大活動區預報大耀斑的出現，報准率約40%。關於太陽活動的研究仍是二十一世紀的科學難題之一。相比有濃密大氣和堅固建築物保護的地球人而言，在高空飛行的航空人員和在太空執行任務的宇航員面臨太陽風暴時更加脆弱。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——通常表現為發熱和嘔吐。一個設在南極洲的新的太陽風暴探測系統，可以提前兩小時提示宇航員穿上防護服以對抗大規模的太陽耀斑和日冕物質拋射。這種探測器設在位於南極點的美國阿蒙森-斯科特科考站，通過對太陽風中質子能量的探測，可以在太陽風暴來襲前166分鐘對做出預報。這些設備預測太陽質子峰值的有效範圍在數十萬到數百萬兆吉電子伏之間。超過100兆吉電子伏能量的質子可以穿透任何在其運行軌跡上的物體。這一預警時間足以讓宇航員在航天器防護牆的區域遮蔽自己，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警。英國布里斯托爾大學的工程師阿什利·戴爾及其同事正致力於一個名為SolarMAX的項目。戴爾計劃在太陽周圍布置一圈小型人造衛星，既能測量太陽的磁場，也能監測太陽風暴可能途經的空間環境。這能幫助我們預測大型太陽風暴可能發生的時間地點，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警時間。在這段時間裡，人們可以轉移電網上的負荷，切斷易受損的電線，讓人造衛星重新指向……這些措施能夠防止太陽風暴可能帶來的大多數破壞。下一步技術進展會如何呢？也許是像科幻影片《太陽浩劫》中設想的那樣，使用炸彈人工干預太陽的變化;也許是像科幻小說《全頻帶阻塞干擾》中描繪的那樣，四兩撥千斤地製造出超級太陽風暴……太陽浩劫的故事，還遠未到結束的時候。【責任編輯：楊 楓】
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