2012年太陽風暴——不靠譜的太陽長期預報？

2012年太陽風暴——不靠譜的太陽長期預報？

摘要：信息、太空時代的人們比以往更加依賴空間天氣，也就是太陽活動，然而受制於原理和觀測水平，空間天氣短期預報差強人意，長期預報問題還遠未解決。

關於2012年即將發生強烈太陽風暴的消息已經充斥了網路的各個角落，美國宇航局（NASA）和美國科學院發布的這份報告說，屆時太陽活動將會異常猛烈，太陽噴發出的帶電粒子流將會大規模地襲擊地球，從而對所有依靠磁場、電力的部門形成威脅，而今天的我們的生活無不依靠電力、電器，2012年有可能會爆發嚴重的「太陽災害」，造成嚴重的生命和財產損失。

然而事實真的如此嗎？美國科學院發布這項報告的根據是什麼呢？當前我們對太陽這顆最近的恆星了解多少？不對這則新聞的背景作一些深入的了解，我們無法判斷這則報告是靠譜的科學報告，還是為搶眼球而製造的聳人聽聞的噱頭。

2006年GOES-13衛星拍攝一次太陽耀斑，記錄這個耀斑的儀器被燒壞了。

實際上，就在2007年4月，NASA和美國海洋大氣管理局成立的第24太陽活動周預報委員會還做過一個令人大跌眼鏡的舉動：發布了兩份截然不同的報告，一份認為第24周太陽活動將會非常強烈，其峰值大致出現在2011年的後期，而另一份報告則認為下一周期的太陽活動相對較弱，峰值出現在2012年中期。這是怎麼回事？以精確而著稱的天文學家怎麼做出了這樣「不靠譜」的事情？如此自相矛盾的兩份報告，讓公眾何去何從？實際上回顧一下太陽的觀測史就會發現，天文學家們對於太陽的「脾氣」還遠遠沒有摸透。

在近代天文學史上，對於太陽的觀測是從400年前的伽利略開始的，他用他親手製造的天文望遠鏡觀測太陽表面，發現了太陽黑子，並正確地推斷太陽存在自轉現象。從伽利略之後，對太陽的觀測一直持續下來，但早期的天文學家並不清楚太陽的本質，也不清楚太陽對於地球會有多大的影響。我們所熟知的一位「反派」哲學家孔德在1825年還認為恆星的化學組成是人類永遠無法知道的知識，三十多年後的1859年，夫琅和費就通過太陽光譜觀測揭示了太陽上的化學元素。

還是在1859年9月1日上午，德國天文學家卡林頓在自家的天文台上觀測太陽，突然發現在一片黑子群上發生明亮的閃光，呈現新月形，卡林頓很興奮地喊其他人來看，但卻發現這個閃光僅僅持續5分鐘。卡林頓以為他看到的是一顆大隕石落到太陽上發出的光芒，但隨後發生的現象讓他否定了這個想法。就在當天和第二天，從兩極到熱帶地區的很多人都看到了非常明亮而絢爛的極光現象，甚至在夏威夷、古巴、巴哈馬的夜裡都可以看報紙。很多報務員發現他們的電報機無緣無故地發出了電火花，電報業務陷入停頓。幸好當時的電器使用還不普遍，沒有產生更大的災難。

德國天文學家卡林頓記錄的太陽耀斑，可能是迄今最強的一次

這次的「卡林頓事件」讓天文學家認識到的太陽活動對地球的巨大影響，那天上午卡林頓所看到的就是一次巨大的太陽耀斑。卡林頓和同時代的幾位天文學家通過多年的觀測，發現太陽黑子數量存在大約11年的周期，黑子的「存活」事件為幾天到幾個星期不等。每個周期開始的時候，太陽黑子在太陽表面的中緯度出現（平均約35度），隨後出現的黑子位置逐漸靠近赤道最終到達緯度約5度的地方。在前一個周期的黑子將要完全消失後的時候，下一周期的黑子又在中緯度開始出現。

太陽黑子出現位置的蝴蝶圖反應了太陽活動周期

在這11年的周期中，從太陽達到地球的能量變化僅僅為千分之一。今天的科學家們認為，就是這千分之一的能量，可能對地球的天氣和氣候變化產生了巨大的影響，在樹木的年輪中可以分辨出來這種影響。尤其是對於電氣化、信息化程度極大提高的今天，來自太陽耀斑的影響更加不容忽視。

太陽耀斑就是卡林頓所看到的巨大閃光，在黑子群附近經常會發生耀斑現象。太陽黑子附近時太陽磁場比較集中的地方，磁場中束縛了大量的能量，當逐漸積累的能量衝破磁場束縛，沖向宇宙空間的時候，就是一次耀斑事件，或者稱之為「日冕物質拋射」。耀斑事件不但包含強烈的紫外線、X射線和伽瑪射線等電磁波，還有各種高能的帶電粒子流，這種粒子流的衝擊，一般被形象地稱為「太陽風暴」。

我們的地球是一艘停泊在太陽附近的「宇宙飛船」，造物主恩賜給我們很好的防護，在接受太陽送來的光和熱的同時，可以避免太陽風暴的傷害。大氣層吸收了大部分射線，地球磁場則將來自太陽的大部分高能粒子流輸送到兩極附近，由於粒子流和高層大氣的相互作用而產生美麗的極光。但再好的防護也有失靈的時候，強大的耀斑帶來的粒子流會干擾電離層，對電波通訊產生干擾甚至中斷。尤其是對於人造衛星和宇宙飛船來說，強烈的粒子流將會損壞儀器，威脅宇航員的安全。

第二次世界大戰中，德國司令部一名無線電報務員在執行任務時通訊突然中斷，無法傳遞信息而導致戰鬥失敗，因而被軍事法庭處決；但事後的調查表明，這次事故很有可能是由於太陽耀斑爆發造成，可憐的報務員卻做了無辜的冤死鬼。1989年3月加拿大魁北克省遭遇太陽風暴的襲擊，導致大面積停電長達9小時之久。

然而太陽耀斑的發生卻並不是均勻的，難以做到長時間的提前預報，而且越是在太陽活動的高峰年，太陽風暴越是頻繁。人類已經發射了數十顆衛星專門對太陽進行監測，實現了24小時全天候監測，在1995年發射的SOHO衛星，就實現了提前半小時隊太陽風暴發布警報，其後又發射了ACE、TRACE、STEREO等衛星，可以更快地對空間天氣進行監測，短期預報越來越靠譜了，所以今天我們在天氣預報節目中看到「空間天氣預報」，在不久之前，這還只是航天、通訊等部門才能享有專利。

但是在長期預報方面進展卻困難重重，預言下一個太陽活動周的活動水平從來都不是一個簡單的任務，上世紀50年代，科學家們曾預言第19周期的活動應該相對較弱，但事實證明那個周期是有史以來最強烈的一次，強勁的太陽風暴頻頻出現。剛結束的第23太陽活動周開始於1995年8月，理論上應該在2006年左右結束，然而一直到2008年，科學家們都不能肯定第23周是否終結，因為太陽表面異常平靜，標誌第24周開始的太陽黑子遲遲不肯出現，這令科學家們多次發出的「第24太陽活動周已經開始」的預測成為錯誤的警報。不過當前天文學家已經觀測到一些太陽黑子出現的緯度以及太陽磁場行為符合第24周的特徵，日震學研究也表明太陽內部的氣體流動形態與第23周早期相似，正如有的科學家表示：「新的太陽活動周可能用了更長時間才來到太陽表面，但它已經在路上了。」

即使是當前科學家們謹慎地表示第24太陽活動周已經開始，他們也發現，現在的太陽黑子活動水平異乎尋常得低。實際上從2004年到2009年5月，已經有六百多天在太陽表面沒有看到黑子了，太陽磁場活動和太陽風也比以往弱得多，這讓很多科學家懷疑太陽活動即將進入另一個「蒙德極小期」。

歷史上的蒙德極小期（Maunder Minimum，1645——1715），太陽黑子消失了。

歷史可能又一次發生了重複。在1609年伽利略第一次觀測到太陽黑子不久，太陽就幾乎停止了產生黑子，從1645年到1715年長達70年里，太陽表面幾乎沒有黑子，這被稱為「蒙德極小期」。太陽活動的停頓導致太陽輸出能量減少，儘管比例很低，但對於地球來說，影響卻是巨大的，當時的地球進入「小冰川期」，其後寒冷，農作物嚴重減產，很多地方發生饑荒。NASA科學家通過調查發現，過去一萬年中，太陽有七分之一的時間都處在這種「極小期」中，而當前還沒有科學家知道為什麼會有這樣的活動變化，太陽這個「發電機」的工作原來對於我們來說還是一個黑匣子。

這說明我們對於太陽的認識還很膚淺，對於太陽的深層次結構和長期變化還缺乏了解。實際上第24太陽活動周預報委員會已經於2009年5月8日發布了預報修改稿，首先這次太陽活動極小期應該是在2008年12月，比此前發布的預報晚了9個月，其次，第24周的太陽活動極大期活動強度可能相對較弱，最後，2013年5月可能才是太陽活動的峰值到來的時間。

有NASA的科學家表示，這可能是又一次「蒙德極小期」（長達數十年的太陽活動平靜期）到來之前的最後一個太陽活動周，這雖然可能讓我們將來看不到美麗的極光，但由此造成的太陽輻射能量降低有可能部分彌補人類的溫室效應造成的全球變暖，這未必不是另一種意義上的「因禍得福」。

第24周太陽活動的預言————未有定論

因此對於2012年可能出現的太陽風暴，公眾完全沒有必要驚慌，一則日益完善的空間天氣預報系統可以讓我們提前做好準備，避免嚴重的損失，二則對於太陽了解的不完善，這個警報可能是一次虛假警報。

不過一個真實的警報是：對於太陽，我們可得好好研究一下了。

拓展閱讀

國家天文台太陽活動預報中心http://rwcc.bao.ac.cn/

太陽活動周期預報http://solarscience.msfc.nasa.gov/predict.shtml

第24太陽活動周預報http://science.nasa.gov/headlines/y2009/29may_noaaprediction.htm

1859卡林頓事件http://science.nasa.gov/headlines/y2008/06may_carringtonflare.htm