太阳风暴太阳风暴

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最近，日本北海道的地震对当地居民的生活造成了很大影响。对于我们生活在地球上的人来说，面对喜怒无常的大自然，我们往往渺小无力。即使明亮温暖的太阳也不总是温柔平静的。

太阳风暴要来了

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作者/廷川支援/NASA

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在太阳表面，太阳耀斑、日珥、日冕物质抛射等现象时有发生。当电磁波辐射、高能带电粒子流和这些现象产生的磁化等离子体撞击地球磁层时，就形成了所谓的“太阳风暴”。

对于生活在地球上的人类来说，太阳是光和热的来源，但在其平静温和的外表下，强烈的日冕物质抛射形成的“太阳风暴”会以高能带电粒子和磁化等离子体的形式冲击地球磁层，给地球带来一系列问题。电影《2012》甚至把太阳风暴和世界末日联系了起来。太阳风暴真的这么厉害吗？2012年已经到来，人类该如何面对？

卡林顿事件

1859年9月1日，天气晴朗无云。这个看似平常的周四早晨，对于当时年仅33岁的英国天文学家理查德·卡林顿来说，是难以忘怀的。像每一个晴朗的天气一样，理查德·卡灵顿照例来到自己的天文观测室，望远镜捕捉到的太阳图像投射在屏幕上。就在卡灵顿仔细画出他观察到的巨大黑子群时，黑子群上方突然出现两道明亮闪亮的白光，并迅速增强成腰果状的亮点。卡灵顿意识到他所观察到的可能是前所未有的，于是他急着找证人证实自己的发现。当他和他的呼叫者再次回到望远镜时，他们发现白光变得像针尖一样小，很快就消失了。这时是上午11点23分，距离他发现白光的时间只有5分钟。

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太阳表面壮观的日冕雨。“日冕雨”虽然看起来像雨，但其实是一种能量很大的等离子气体。

第二天一大早，各地都出现了极光，甚至古巴、牙买加、夏威夷等低纬度国家和地区也能看到极光，而极光应该只出现在北极圈附近。虽然极光异常美丽，但随之而来的是一场严重的灾难。美国和欧洲的电报系统出了故障，四处奔跑的电火花点燃了电报报纸，引起了无数的火灾。

这是有史以来最强的太阳风暴。虽然如此强烈的太阳风暴在随后的100年里再也没有出现过，但由太阳风暴引发的事故却接二连三地上演。1921年5月13日，一场巨大的太阳风暴彻底瘫痪了纽约中央铁路公司的信号系统。此外，欧洲几乎所有的电视信号、电报系统和海底电缆都受到了这场太阳风暴的影响。1972年8月4日，一个巨大的太阳耀斑出现，伊利诺伊州的长途电话通讯意外中断。这一事件迫使AT&T重新设计跨大西洋电缆的供电系统。1989年3月13日，一场类似规模的太阳耀斑引发的磁暴使加拿大魁北克电力公司的发电厂瘫痪，加拿大大部分省份停电，迫使约600万人在黑暗寒冷中度过9个多小时，甚至烧毁了新泽西州的电力变压器。2005年12月，另一场太阳风暴释放的x光中断了卫星通信和全球定位系统信号10分钟。虽然只是短短的10分钟，但在此期间，飞机降落、船只进港都停止了，造成了不可估量的经济损失。

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太阳风暴引起的美丽极光夜间在加拿大飞行空，但同时电话信号的微波发射塔受到太阳风暴的威胁。

事实上，这些太阳风暴的规模和强度比1859年的超级太阳风暴小得多。1859年，电报才出现了15年，电力系统才刚刚成型。随着科学技术的发展，电在人类生活中发挥着越来越不可替代的作用。由于人们对电力和各种可用电运行的现代设施的高度依赖，太阳风暴对人类生活的影响达到了前所未有的高度。自2006年以来，美国宇航局科学家警告说，下一个太阳活动峰值将出现在2012年左右。在电影《2012》中，太阳风暴也成为了世界末日的杀手。影片提到:“2012年，一场强大的太阳风暴将释放大量中微子。这些中微子会引起地核巨大的热变化。地核会被这些中微子加热融化。大量熔岩溢出，导致大陆板块快速移动，带来剧烈地震和火山爆发，引发超级海啸。人类的‘末日’已经到来。”那么，太阳风暴真的这么厉害吗？面对太阳风暴的神秘“杀手”，人类真的束手无策吗？

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NASA马歇尔空飞行中心的太阳矢量磁成像仪。有了这个设备，研究人员可以观察太阳磁场的变化。

神秘的“杀手”

在寒冷的冬日，温暖的阳光就像一双温暖的手抚摸着你的脸。但是太阳，外表看起来平静温和，是个脾气不好喜怒无常的巨无霸。它的直径长达140万公里。虽然其主要成分是氢和氦，但其质量仍占整个太阳系质量的99.86%。这个巨人甚至可以把130多万个地球塞进去。而且每秒钟可以释放相当于1000亿吨TNT炸药的能量。在6000摄氏度左右的太阳表面，剧烈爆炸时有发生，产生太阳耀斑、日珥、日冕物质抛射等现象。当这些现象产生的电磁波辐射、高能带电粒子流和磁化等离子体突破太阳引力喷入太阳空，形成所谓的“太阳风暴”。

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科学家普遍认为，太阳活动是每11年一个周期，1996-2006年是最新的太阳活动周期。如图所示，太阳活动在2001年前后最为强烈。

这个神秘的“杀手”会以它的方式吞没所有的星球，包括地球。虽然太阳和地球的距离正好是1.5亿公里，但是这个看似很远的距离并不安全。事实上，地球仍然在太阳的外层大气中。2011年8月18日，美国宇航局的立体-A太阳探测器捕捉到了一幅令人震惊的图像。太阳上日冕物质抛射产生的等离子体迅速膨胀，像一股巨大的浪花，吞没了蓝色星球——地球。

虽然我们生活的地球受到大气和磁层的保护，但是太阳风暴的到来不仅会扰乱地球的磁层，引起磁暴，导致卫星和地面通信设施的故障，还会直接威胁到在飞船外工作的宇航员的安全。众所周知，在科技高度发达的今天，有500多颗卫星正在绕地球运行。只有通过这些卫星的运行，我们才能正常地看电视、使用电话和网络。更严重的是，磁暴引起的地面感应电流会烧坏变压器中的铜绕组，而变压器是所有配电系统中的核心部件。现代电力系统就像一个巨大的网络，任何破坏都会迅速升级，波及范围更广。

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太阳风暴引起的磁暴会破坏地球的电力系统，因为强烈的地面感应电流会烧坏变压器中的铜绕组，而变压器是所有配电系统的核心部件。

与日本共存

既然人类居住的地球位于太阳的外层大气，我们就必须学会如何与太阳和平共处，尤其是如何避免受到太阳风暴的袭击。2001年，美国航天局启动了“与太阳共存”项目，希望通过太阳探测器对太阳活动的观测，实现准确的天气预报和太阳风暴的及时预报和预警。事实上，人类对太阳的探索始于20世纪80年代。1980年2月，NASA发射了一颗名为solarmax Mission的卫星。它的主要任务是观察太阳表面的黑子、耀斑和其他活动，并测量太阳活动释放的辐射量。

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2001年，NASA启动了“与太阳共存”项目，2010年2月11日，“太阳动力学观测站”探测器被送往Tai 空。

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工作人员正在调试“与太阳共存”项目的支柱——太阳动力学观测站的太阳能电池板。

此后，人类从未停止过对太阳的探索。1990年10月6日，探测器尤利西斯由美国发现号航天飞机携带。通过尤利西斯探测器对太阳极地的观测，科学家们不仅获得了太阳活动最大和最小时期太阳风活动的具体数据，还发现太阳不同纬度释放的磁通量是相等的，打破了科学家们原来的判断，为更好地预测太阳活动奠定了基础。1994年11月1日，美国宇航局发射了风探测器。一年后的12月2日，NASA和欧洲航天局联合发射了太阳和太阳风层探测器。2006年10月26日，“立体声”的两颗卫星也顺利升空空，它们分别位于地球绕日轨道的前后。目的是从不同的角度观察太阳，并拍摄太阳的三维图像。

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尤利西斯太阳探测器。探测器利用木星的引力进入一个能够观察太阳极地的轨道。在此之前，地球上的科学家无法直接观察这个区域。

最值得注意的是2010年2月11日发射的太阳动力学观测站探测器。这个探测器是美国宇航局“与太阳共存”项目的支柱。至今仍是最先进的太阳活动探测器。与其他太阳探测器相比，它可以更快更好地提供关于太阳的全面科学数据，因为它配备了三种“秘密武器”:太阳大气成像仪、极紫外成像仪和日光层磁场观测器。其中，太阳大气成像仪由四个望远镜组成，用于观察太阳表面及其大气。这些望远镜的滤光器覆盖了10个不同的波段，可以显示太阳活动的关键部分。极紫外成像仪可以捕捉太阳释放的紫外线波动。要知道太阳发出的极紫外光辐射对地球高层大气有着非常强大的直接影响，不仅可以提高地球高层大气的温度，扩大其体积，还具有强大的能量，足以撕裂地球高层大气中的分子和原子。相比之下，日光层磁场观测仪就更神奇了，它可以通过日震学技术的应用，画出隐藏在太阳表面下的磁场变化。有了这三个“秘密武器”，无论是太阳表面的活动，还是太阳内部的变化，都逃不过太阳动力学观测站的眼睛。

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太阳动力学观测站探测器被装载到运载火箭上，工作人员正在为发射做最后准备。

在这些“探索太阳的恒星”的帮助下，科学家们也可以获得第一手信息来预测天气空。这些数据会被输入到几个大型计算机系统中，这些超级计算机通过复杂的运算可以模拟出一个3D图像，形象地描绘出太阳风暴的趋势和强度，哪些行星会被攻击，什么时候会被攻击。更神奇的是，一些复杂的计算机程序可以模拟磁暴引起的地面感应电流强度，预测哪些变压器会受损。这样，会被攻击的电网在收到预警后，会有足够的时间采取防护措施。虽然这个可以保护电力系统的“太阳盾”工程还处于试验阶段，但对于Tai 空的天气预报来说，是向前迈出的关键一步。