天文學家稱明年太陽活動波瀾不驚 公眾無需恐慌

2012年，正值太陽活動的第24周峰年。對於社會上流行的某些不祥之說，近日，中國科協依託第十一期「科學家與媒體面對面」這一科普載體，邀請三位天文方面研究的帶頭人，通俗解讀明年的太陽活動，引導公眾客觀了解太陽這顆離地球最近、對人類生活影響最大的恆星，平靜面對新的一年的到來。

　　太陽世界既奇妙又美麗

　　作為中國科學院國家天文台研究員、國家天文台懷柔太陽觀測基地主任兼總工程師，鄧元勇博士這樣描述太陽：「太陽上有風暴，有各種複雜的結構。太陽的世界是非常奇妙、非常美麗的。」

　　太陽長什麼樣子？在公眾眼裡，太陽就是一個平板。但在科學家眼裡，太陽是個大大的磁球。它的半徑有70萬公里，相當於地球的109倍左右；平均密度只有水的1.4倍，比地球的平均密度還要低75%左右。

　　鄧元勇說，太陽的壽命按科學家現在的估計大約100億年，太陽現在處在壯年時期。太陽不同層次的溫度變化非常大，從幾千度到上千萬度都有。

　　萬物生長靠太陽。地球是不能提供能源的，地球上所有的能源都來自太陽，太陽的功率非常大，其量級是10的26次方瓦特——有人算過，就是每秒鐘太陽上的能量如果供中國人用電的話，大概可以用100萬年時間。

　　太陽成分中氫大約佔71%，氦佔27%，另外還有碳、氮、氧，以及各種金屬。鄧元勇提請大家注意，由於太陽內部不停地進行核反應，不停地消耗氫、產生氦，所以只能說太陽現在的成分構成是這樣的。

　　鄧元勇說，太陽和地球一樣也分成不同的層次，可以簡單地劃分為內部結構和外部結構。

　　太陽的內部結構有三個層次。首先是核反應區，提供了太陽所有的能量以及地球需要的所有能量，目前內部溫度大約是1500萬度左右，主要進行氫變成氦的反應。

　　其次是輻射區，溫度大概在700萬度左右。輻射區靠輻射來交換能量，就像老式保溫瓶一樣，輻射交換能量的速度非常慢。太陽內部核反應的能量要想穿過輻射區的話，需要約兩百萬年時間。鄧元勇說，我們今天接受的太陽光，應該是200萬年以前在太陽內部產生的。

　　最後是對流區，對流也是能量交換的一種形式。對流和輻射不太一樣，對流比較劇烈，也比較無序。對流區就是一個開了鍋的太陽，是太陽活動的所有發源地，其溫度約為200萬度。

　　太陽外部結構的第一個層次是光球，是用肉眼能看到的光。人眼感受的光有99%以上來自於光球。在光球上最明顯的特徵是太陽黑子，太陽黑子或在太陽溫度最低的地方，或在磁場最強的地方。黑子也有出生、成長、消亡的演化過程，小的黑子可能一天到幾天的時間就消亡了，大的黑子則能持續數周時間。

　　第二個層次是太陽的色球。最早人們發現色球是在出現日全食的時候，看到靠近太陽邊緣的地方有一層橘紅色，其溫度從幾千度到幾萬度不等。在色球上也有一些典型的特徵，比如我們所熟知的日珥和暗條。日珥和暗條其實是一回事，只不過由於太陽自轉，會在不同位置或變亮或變暗，呈現出不同的表象。

　　第三個層次叫做日冕。平時是看不見日冕的，因為日冕的亮度大約只有光球亮度的百萬分之一，人眼根本分辨不出來，但如果有日全食的話，就可以看見日冕。日冕是太陽的最外層大氣，是一種不停地從太陽當中往外跑的物質，也叫做太陽風。我們今天所說的太陽活動、太陽風暴，跟太陽風的背景有很大關係。

　　鄧元勇說，整個太陽大氣都是一種等離子狀態，再加上太陽內部能量的不斷湧出，太陽表面是動蕩不安的。其內部能量通過對流區不斷交換出來，會引起非常複雜的電磁相互作用。這些電磁相互作用過程導致的太陽大氣中的一切活動現象，被稱之為太陽活動，它主要表現為太陽黑子的興衰、太陽耀斑的爆發、太陽風的擾動等等。

　　在太陽色球上最明顯的是太陽耀斑，它實際上是太陽能量的突然釋放，一個普通的太陽耀斑，能釋放出非常大的能量量級，大約相當於幾十億個日本廣島原子彈的當量。

　　太陽活動有一個明顯的周期性，稱做太陽活動周，大約11年周期，主要是以黑子出現的多少為標誌。太陽黑子出現頻繁、太陽活動劇烈的時候，叫做太陽活動的峰年；太陽黑子很少、甚至沒有，叫做太陽活動的低年或者寧靜年。

　　到目前為止，從地面到空中，從伽馬射線、X射線到射電波段，人類已經對太陽進行了多方面的觀測，揭開了許多太陽之謎。

　　中國科學院國家天文台研究員、太陽射電研究首席科學家顏毅華博士說，太陽和人類的生存息息相關，它一方面在造福人類，另一方面也可能給人類帶來災難。

　　顏毅華說，觀測太陽最早是用肉眼，人類的歷史和太陽是聯繫在一起的，因為人們一早醒來就能看到太陽。

　　有記錄說，中國人是歷史上最早記錄太陽的。《說文解字》裡面的「日」就是在一個圓圈裡畫個點。對此有兩種解釋：一是指太陽黑子，另外是說亮點。這表明，人類對太陽黑子的最早文字是記載在中國。

　　但從科學發展來說，大家公認是400年前伽利略從望遠鏡中發現了太陽黑子，並開始對太陽以及其他天文目標進行科學研究。對太陽方面比較重要的研究結果是，1814年發現了太陽光譜中的譜線和第一次發現了日珥。

　　1843年，人類發現了太陽的11年活動周期；160年前，天文學家第一次拍到了日冕的照片；150年前，人類第一次看到了太陽耀斑瞬時的閃現；1938年，科學又解決了太陽的能量來源問題——太陽的核反應過程。

　　顏毅華說，自打人類進入衛星時代、空間時代以後，1957年人類又發現了行星際物質，即太陽上吹出來的物質落到地球附近。60年代末人們在礦井裡面安置探測儀器，也探測到了非常弱的太陽核反應過程中的中微子信號。

　　最近幾十年來，隨著高分辨地基和空間觀測的實現，人類對太陽研究有了重大發現。比如，OSO-7衛星首次觀測到日冕物質拋射，以及首次看到太陽上的軟X射線結構，還有各種波段的硬X射線。

　　由於太陽活動對地球和空間環境有很大影響，故太陽成為當前科學監測及核心研究的對象。上世紀90年代以後，以空間探測為主導，人類對太陽開始了全波段、全時域、高分辨、高精度探測的新時代：2006年發射的STEREO衛星，可以從兩個方向——一個超前地球、一個滯後地球，立體地全形度地觀測太陽活動。

　　所謂研究太陽活動，就是關心太陽怎麼影響我們人類。基於此，太陽活動的研究在太陽物理里有重要的位置。

　　顏毅華說，目前，太陽物理研究已被列入我國中長期科學發展綱要。我們的太陽重點實驗室屬於國際前列水平，中國的太陽物理研究在國際上處於前沿地位。

　　但是，國家天文台太陽活動預報首席科學家、中國科學院空間環境預報中心副主任王華寧博士不無遺憾地告訴大家，雖然上世紀我國發明了一些很先進的儀器，尤其是1984年開始使用的太陽觀測望遠鏡，是當時國際上最先進的三台太陽觀測儀器之一，然而，進入21世紀以後，作為一個航天大國，我國現在卻沒有一個空間天文衛星，觀測手段有些落後了。

　　太陽風暴對人類的影響

　　太陽帶給我們光明和溫暖，供給我們需要的所有能源，但是，太陽活動也會對人類生活產生影響。

　　這個影響到底有多大呢？

　　王華寧博士說，太陽活動有輕微的或者一般性的活動，我們把它叫做擾動。擾動激烈以後，就變成了爆發，我們稱之為太陽爆發。諸如耀斑、日冕物質拋射、暗條爆發或者日珥爆發，都屬於激烈的太陽活動，都叫做太陽爆發。

　　太陽爆發有三個產物：電磁波、高能粒子和日冕物質拋射。太陽活動會對地球的磁場、電離層和中高層大氣產生影響，最重要的是損害我們的高技術系統，像衛星、通信系統、輸油管，還有電網等。再一個是影響地球氣候和氣象的變化。太陽東升西落，早上和晚上的溫度不一樣，對於氣候的變化，太陽是最重要的要素。

　　太陽活動對空間環境的影響非常大，比如說衛星定位。我們現在都用GPS，如果太陽爆發影響到衛星的時候，這些衛星就不能夠正確地指示位置。當一個精確制導導彈依賴於衛星定位系統攻擊目標的時候，在太陽活動期間將受到強烈影響。在太陽輻射里，尤其是高能粒子，會使地球的高層大氣密度發生強烈變化，導致衛星的軌道發生變化，致使衛星發生失控，甚至直接導致衛星掉下來。

　　對於民航系統來講，太陽活動的變化，首先就是導致空乘人員與地面指揮系統的聯絡發生問題，其次是影響空乘人員本身的身體健康。因為地球磁場在極地是非常低的，它的特殊結構使得高能粒子可以衝擊到離地面很近的地方，所以跨極地飛行的時候，對空乘人員健康是有影響的。

　　對於電網系統也會產生影響。王華寧說，最典型的例子是，1989年3月美國新澤西州大量的變壓器由於強烈的太陽活動引起大磁暴，導致大面積停電——這是太陽活動迄今為止對人類造成的最大的一次災害。

　　對太陽活動周期的編號，大概是從18世紀開始，編到現在23個周期過去了，24周也已經來臨，且過去了不少。在太陽活動24個周期還沒有產生的時候，就有很多人預報24周峰年大概是在2012年。

　　然而，預報是動態的，太陽活動每個周期並不是嚴格的11年，有時候長，有時候短，要根據太陽的實際情況進行不斷的預報。現在對太陽活動24周峰年的預報，在國際太陽物理界普遍接受的一個峰期大概在2013～2014年之間。可見，2012還不是峰度的最高年。

　　美國拍《2012》時，依據的便是之前那個預測。該片的起因是太陽活動的峰年到來，說太陽發出的中微子加熱了地球的核心，因而引發了大災難。

　　王華寧認為，這個說法是不合適的。因為中微子本身的穿透力是很強的，雖然我們現在已經明白中微子有一點質量，偶爾能被物質吸收了，但事實上，它們不可能大規模被地球的中心吸收。如果真有能夠把地球加熱的中微子存在，那麼，它在還沒加熱地球之前，所有的生物差不多就沒有了。

　　王華寧說，可能是拍這個片子的人還沒有學到關於中微子的知識，他勸大家沒必要因為看了一部電影就產生恐慌，並明確地告訴大家：「2012不是24周的峰年，峰年可能要向後推遲一至兩年左右。2012是個普通年，對於太陽活動來講也只是一個普通年。」 （ 黃哲雯）

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