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太阳风

 
 

科技名词定义

中文名称:
太阳风
英文名称:
solar wind
定义1:
太阳向太阳系连续地以很高的速度和不稳定的强度释放的电离气体流。当该气体流在地球附近通过时,它将与地球磁场发生作用并在高层大气中产生各种效应。
所属学科:
大气科学(一级学科);大气物理学(二级学科)
定义2:
日冕因高温膨胀,不断抛射到行星际空间的等离子体流。
所属学科:
天文学(一级学科);太阳(二级学科)

百科名片

  
太阳发射高速风

太阳风是从恒星上层大气射出的超声速等离子体带电粒子流。在不是太阳的情况下,这种带电粒子流也常称为“恒星风”。太阳风是一种连续存在,来自太阳并以200-800km/s的速度运动的等离子体流。这种物质虽然与地球上的空气不同,不是由气体的分子组成,而是由更简单的比原子还小一个层次的基本粒子——质子电子等组成,但它们流动时所产生的效应与空气流动十分相似,所以称它为太阳风。

 

目录

简介
发现
基本性质
形成原因
形成种类
观测简史
启示源头
相关影响
展开
 

简介

  
  

太阳风的密度与地球上的磁场的密度相比,是非常非常稀薄而微不足道的,一般情况下,在地球附近的行星际空间中,每立方厘米有几个到几十个粒子。而地球上风的密度则为每立方厘米有2687亿亿个分子。太阳风虽然十分稀薄,但它刮起来的猛烈劲,却远远胜过地球上的风。在地球上,12级台风的风速是每秒32.5米以上,而太阳风的风速,在地球附近却经常保持在每秒350~450千米,是地球风速的上万倍,蕞猛烈时可达每秒800千米以上。太阳风从太阳大气蕞外层的日冕,向空间持续抛射出来的物质粒子流。这种粒子流是从冕洞中喷射出来的,其主要成分是氢粒子和氦粒子。太阳风有两种:一种持续不断地辐射出来,速度较小,粒子含量也较少,被称为“持续太阳风”;另一种是在太阳活动时辐射出来,速度较大,粒子含量也较多,这种太阳风被称为“扰动太阳风”。扰动太阳风对地球的影响很大,当它抵达地球时,往往引起很大的磁暴与强烈的极光,同时也产生电离层骚扰。太阳风的存在,给我们研究太阳以及太阳与地球的关系提供了方便。
 
  太阳风使彗星形成长长的向着反太阳方向延伸的彗尾。当人们欣赏美丽的彗尾的时候就可以想象太阳风的存在。在地球高纬区看到的多彩的极光现象,也是进入地球磁场的太阳风粒子经加速后在地球大气中沉降产生的。空间飞船的直接观测表明太阳风主要由质子和电子组成,但有少量氦核及微量重离子成分。据推测,在约100个天文单位(天文单位=日地平均距离=1.5×108公里)以外,太阳风将与起源于银河系的星际气体交界,太阳风的占据的空间范围称为“日球层”。研究太阳风的物理过程及其规律已成为空间物理学中一个新的学科分支-日球层物理学。
 

发现

  
  

太阳风暴指太阳在黑子活动高峰阶段产生的剧烈爆发活动。爆发时释放大量带电粒子所形成的高速粒子流,严重影响地球的空间环境,破坏臭氧层,干扰无线通信,对人体健康也有一定的危害。
 
  太阳会在太阳黑子活动的高峰时产生太阳风暴,它是由美国“水手2号”探测器于 1962 年发现的,它是太阳因能量的增加而使得自身活动加强,从而向广袤的空间释放出大量带电粒子所形成的高速粒子流,科学家把这一现象比喻为太阳打“喷嚏”。由于太阳风中的气团主要内容是带电等离子体,并以每小时 150 万到 300 万公里的速度闯入太空,因此它会对地球的空间环境产生巨大的冲击。太阳风暴爆发时,将影响通讯、威胁卫、破坏臭氧层,对人体的健康也会造成一定影响。
 
  1850年,一位名叫卡林顿的英国天文学家在观察太阳黑子时,发现在太阳表面上出现了一道小小的闪光,它持续了约5分钟。卡林顿认为自己碰巧看到一颗大陨石落在太阳上。
 
  到了20世纪20年代,由于有了更精致的研究太阳的仪器。人们发现这种“太阳光”是普通的事情,它的出现往往与太阳黑子有关。例如,1899年,美国天文学家霍尔发明了一种“太阳摄谱仪”,能够用来观察太阳发出的某一种波长的光。这样,人们就能够靠太阳大气中发光的氢、钙元素等的光,拍摄到太阳的照片。结果查明,太阳的闪光和什么陨石毫不相干,那不过是炽热的氢的短暂爆炸而已。
 
  小型的闪光是十分普通的事情,在太阳黑子密集的部位,一天能观察到一百次之多,特别是当黑子在“生长”的过程中更是如此。像卡林顿所看到的那种巨大的闪光是很罕见的,一年只发生很少几次。
 
  有时候,闪光正好发生在太阳表面的中心,这样,它爆发的方向正冲着地球。在这样的爆发过后,地球上会一再出现奇怪的事情。一连几天,极光都会很强烈,有时甚至在温带地区都能看到。罗盘的指针也会不安分起来,发狂似地摆动,因此这种效应有时被称为“磁暴”。 随着科技的进步,极光的奥秘也越来越为我们所知,原来,这美丽的景色是太阳与大气层合作表演出来的作品。在太阳创造的诸如光和热等形式的能量中,有一种能量被称为"太阳风"。太阳风是太阳喷射出的带电粒子,是一束可以覆盖地球的强大的带电亚原子颗粒流。太阳风在地球上空环绕地球流动,以大约每秒400公里的速度撞击地球磁场。地球磁场形如漏斗,尖端对着地球的南北两个磁极,因此太阳发出的带电粒子沿着地磁场这个"漏斗"沉降,进入地球的两极地区。两极的高层大气,受到太阳风的轰击后会发出光芒,形成极光。在南极地区形成的叫南极光。在北极地区形成的叫北极光。
 
  在本世纪之前,这类情况对人类并没有发生什么影响。但是,到了20世纪,人们发现,磁暴会影响无线电接收,各种电子设备也会受到影响。由于人类越来越依赖于这些设备,磁暴也就变得越来越事关重大了。比如说,在磁暴期内,无线电和电视传播会中断,雷达也不能工作。
 
  太阳风暴是太阳因能量增加向空间释放出的大量带电粒子流形成的高速粒子流。由于太阳风暴中的气团主要内容是带电等离子体,并以每小时150万到300万公里的速度闯入太空,因此,它会对地球的空间环境产生巨大的冲击。太阳风暴爆发时,将影响通讯、威胁卫星、破坏臭氧层。
 
  科学家形象地把太阳风暴比喻为太阳打“喷嚏”。太阳的活动对地球至关重要,因而太阳一打“喷嚏”,地球往往会发“高烧”。
 
  太阳风暴随太阳黑子活动周期每11年发生一次。从去年起,进入太阳黑子的高峰年,太阳黑子进入活跃期,并将持续到今年夏季。
 
  据悉,70年代的一次太阳风暴导致大气活动加剧,增加了当时属于苏联的“礼炮”号空间站的飞行阻力,从而使其脱离了原来的轨道。1989年,太阳风暴曾使加拿大魁北克省和美国新泽西州的供电系统受到破坏,造成的损失超过10亿美元。由太阳黑子活动引起的太阳风暴对商业卫星也是重大的考验。
 
  目前,各国科学家正在积极研究太阳风暴,但是对太阳剧烈活动、太阳黑子爆发、太阳风暴对地球的具体影响以及如何预防,还需进行不懈的研究。
 
  天文学家更加仔细地研究了太阳的闪光,发现在这些爆发中显然有炽热的氢被抛得远远的,其中有一些会克服太阳的巨大引力射入空间。氢的原子核就是质子,因此太阳的周围有一层质子云(还有少量复杂原子核)。1958年,美国物理学家帕克把这种向外涌的质子云叫做“太阳风”。
 
  向地球方向涌来的质子在抵达地球时,大部分会被地球自身的磁场推开。不过还是有一些会进入大气层,从而引起极光和各种电现象。向地球方向射来的强大质子云的一次特大爆发,会产生可以称为“太阳风暴”的现象,这时,磁暴效应就会出现。
 
  使彗星产生尾巴的也正是太阳风。彗星在靠近太阳时,星体周围的尘埃和气体会被太阳风吹到后面去。这一效应也在人造卫星上得到了证实。像“回声一号”那样又大又轻的卫星,就会被太阳风显著吹离事先计算好的轨道。
 
  蕞新报道,美国宇航局在观测宇宙气象时,发现2013年太阳再次会苏醒,爆发太阳风暴。 如果这一切成真,给人类带来的经济损失,预计将是卡特里娜飓风的20倍(2005年卡特里娜飓风重创美国新奥尔良州,造成1250亿美元损失。
 

基本性质

  在太阳系中,太阳风的组成和太阳的日冕组成完全相同。73%的是氢,25%的是氦,还有其他一些痕量杂质。目前还没有精确的测量结果。2004年的Genesis的取样分析还没有结果。它在返回地球是因为紧急降落,被损坏了。这是因为它再次进入地球大气层时,没有打开降落伞。在地球附近,太阳风速为200-889km/s。平均值为450km/s.大约800kg/s的物质被一太阳风的形式从太阳逃逸。这同太阳光线的等价质量相比是很小的。如果把太阳光线的能量换算成质量,大约每秒钟太阳损失4.5Tg(4.5×10^9kg)的质量。因为太阳风是-(zh-hant:电浆;zh-hans:等离子体)-,所以太阳磁场被它承载。一直到大约160Gm(100,000,000英里)的地方,由于太阳的转动,太阳磁场被太阳风拉扯成螺线形状。超过此距离,太阳对太阳风的影响减弱。通常太阳风的能量爆发来自于太阳耀斑或其他被称为“太阳风暴”的气候现象。这些太阳活动可以被太空探测器和卫星测到,主要标志是强烈的辐射。被地球磁场俘获的太阳风粒子储存在VanAllen辐射带中,当这些粒子在磁极附近与地球大气层作用引起极光现象。具有和地球类似的磁场的其他行星也有极光现象。在星际媒质(主要是稀薄的氢和氦)中,太阳风就像是吹出了一个“大泡泡”。在太阳风不能继续推动星际媒质的地方称之为日球层顶(heliopause),这也通常被认为是太阳系的外边界。这个边界距离太阳到底多远还没有精确的结果,可能根据太阳风的强弱和当地星际媒质的密度而变化。一般认为它远远超过了冥王星的轨道。
 

形成原因

  为了能够清楚的表述太阳风是怎样形成的,需要先了解太阳大气的分层情况。
 
  
  

一般情况下,我们把太阳大气分为六层,由内往外依次命名为:日核辐射区对流层光球色球,日冕。日核的半径占太阳半径的四分之一左右,它集中了太阳质量的大部分,并且是太阳百分之九十九以上的能量的发生地。光球是我们平常所见的明亮的太阳圆面,太阳的可见光全部是由光球面发出的。
 
  而日冕位于太阳的蕞外层,属于太阳的外层大气。太阳风就是在这里形成并发射出去的。
 
  用X射线或远紫外线拍下的日冕照片上可以观察到在日冕中存在着大片的长条形的或是不规则行的暗黑区域,通过人造卫星宇宙空间探测器拍摄的照片,我们可以发现在日冕上长期存在着这些长条形的大尺度的黑暗区域,这里的X射线强度比其他区域要低得多,从表观上看就像日冕上的一些洞,我们形象的称之为冕洞
 
  冕洞是太阳磁场的开放区域,这里的磁力线向宇宙空间扩散,大量的等离子体顺着磁力线跑出去,形成高速运动的粒子流。粒子流在冕洞底部速度为每秒16km左右,当到达地球轨道附近时,速度可达每秒300~400km以上。这种高速运动的等离子体流也就是我们所说的太阳风。
 
  太阳风从冕洞喷发而出后,夹带着被裹挟在其中的太阳磁场向四周迅速吹散。现在我们肯定,太阳风至少可以吹遍整个太阳系
 
  当太阳风到达地球附近时,与地球的偶极磁场发生作用,并把地球磁场的磁力线吹得向后弯曲。但是地磁场的磁压阻滞了等离子体流的运动,使得太阳风不能侵入地球大气而绕过地磁场继续向前运动。于是形成一个空腔,地磁场就被包含在这个空腔里。此时的地磁场外形就像一个一头大一头小的蛋状物。
 
  但是,当太阳出现突发性的剧烈活动时,情况会有所变化。此时太阳风中的高能离子会增多,这些高能离子能够沿着磁力线侵入地球的极区;并在地球两极的上层大气中放电,产生绚丽壮观的极光
 
  太阳风构成人类活动的外层空间环境。太阳大气的扰动通过太阳风传到地球,通过与地球磁场的相互作用,有时会引起一系列影响人类活动的事件。例如通讯卫星失灵、高纬区电网失效,及短波通讯、长波导航质量下降等。太阳风的变化还可能会引起气象和气候的变化。由于21世纪人类将进一步利用地球的外层空间环境,空间环境预报(或叫“空间天气”预报)将会十分重要。搞清楚太阳风的起源及其加热和加速机制对于建立有效的空间天气预报体系有着十分重要的意义。宇宙中,许多恒星,以至许多星系都会向外发出它们自己的“风”,导致其物质的损失并影响其周围的星际空间或星系际空间。太阳风是唯壹能直接观测到的恒星风。对太阳风起源和加速机制的研究必然对这一普遍的“风”的现象-宇宙等离子体-的认识有着至关重要的影响。
 

形成种类

  人们经常能够在科幻小说或者科技文章中看到“太阳风”这个词汇。不过,太阳风仅仅是一种形象的说法,此风非彼风,它和我们地球上空气流动形成的风性质完全不同。简单的说,太阳风指的是从太阳大气蕞外层的日冕向空间持续抛射出来的物质粒子流。太阳风的得名还和彗星有关。当人们通过先进的观测手段发现彗星离太阳越近,彗发就越明显,彗尾就越长,而且彗尾的方向总是背对着太阳的时候,就开始猜测,也许太阳会放射出一种类似于风的东西,对彗星产生影响。此后的1958年,美国人造卫星上的粒子探测器,探测到了太阳上有微粒流从日冕的冕洞中发出,因此美国科学家帕克将其形象的命名为太阳风。太阳风分为两种,一种是所谓的“持续太阳风”或称“宁静太阳风”,即射流速度比较小,而微粒含量也不大的太阳风。这种太阳风起源于平静的日冕区,开始时日冕物质以较低的速度作膨胀,渐渐离开太阳表面。随着离太阳距离的增加,膨胀的速度变大,密度不断减小,等到达地球的时候,射流速度一般在每秒钟450千米左右,每立方厘米含质子数通常不超过10个。这种太阳风通常对地球的影响不是很大。
 
  另一种则是“扰动太阳风”,即在太阳活跃时期喷射出的粒子流。这种太阳风与太阳抛射物质事件或爆发现象有关,还有时伴有高能荷电粒子的大量增加,其射流速度一般可以达到每秒钟1000-2000千米,粒子密度也比较大,每立方厘米可含质子几十个。扰动太阳风由于其高速高粒子含量的特点,可以对地球产生产生比较明显的干扰。这是因为太阳风所含的微粒主要为氢粒子和氦粒子,当到达地球的电离层时,就会对地球磁场产生扰动,因而对地球的通信等方便造成影响。比方说,太阳风会造**造地球卫星短路,因而对全球的卫星通信造成障碍,甚至使通讯中断。而对于飞机的飞行以及人造卫星而言,这样的通讯故障有时候会带来灾难性的后果。飞机失去了地面导航,犹如瞎了眼睛一般;而卫星失去了地面通信,则可能迷失方向,甚至于脱离地球轨道。
 

观测简史

  到了20世纪20年代,由于有了更精致的研究太阳的仪器。人们发现这种“太阳光”是普通的事情,它的出现往往与太阳黑子有关。例如,1899年,美国天文学家霍尔发明了一种“太阳摄谱仪”,能[1]够用来观察太阳发出的某一种波长的光。这样,人们就能够靠太阳大气中发光的元素等的光,拍摄到太阳的照片。结果查明,太阳的闪光和什么陨石毫不相干,那不过是炽热的氢的短暂爆炸而已。
 
  
  

小型的闪光是十分普通的事情,在太阳黑子密集的部位,一天能观察到一百次之多,特别是当黑子在“生长”的过程中更是如此。像卡林顿所看到的那种巨大的闪光是很罕见的,一年只发生很少几次。
 
  有时候,闪光正好发生在太阳表面的中心,这样,它爆发的方向正冲着地球。在这样的爆发过后,地球上会一再出现奇怪的事情。一连几天,极光都会很强烈,有时甚至在温带地区都能看到。罗盘的指针也会不安分起来,发狂似地摆动,因此这种效应有时被称为“磁暴”。 随着科技的进步,极光的奥秘也越来越为我们所知,原来,这美丽的景色是太阳与大气层合作表演出来的作品。在太阳创造的诸如光和热等形式的能量中,有一种能量被称"太阳风"。太阳风是太阳喷射出的带电粒子,是一束可以覆盖地球的强大的带电亚原子颗粒流。太阳风在地球上空环绕地球流动,以大约每秒400公里的速度撞击地球磁场。地球磁场形如漏斗,尖端对着地球的南北两个磁极,因此太阳发出的带电粒子沿着地磁场这个"漏斗"沉降,进入地球的两极地区。两极的高层大气,受到太阳风的轰击后会发出光芒,形成极光。在南极地区形成的叫南极光。在北极地区形成的叫北极光
 
  在本世纪之前,这类情况对人类并没有发生什么影响。但是,到了20世纪,人们发现,磁暴会影响无线电接收,各种电子设备也会受到影响。由于人类越来越依赖于这些设备,磁暴也就变得越来越事关重大了。
  

比如说,在磁暴期内,无线电和电视传播会中断,雷达也不能工作。
 
  天文学家更加仔细地研究了太阳的闪光,发现在这些爆发中显然有炽热的氢被抛得远远的,其中有一些会克服太阳的巨大引力射入空间。氢的原子核就是质子,因此太阳的周围有一层质子云(还有少量复杂原子核)。1958年,美国物理学家帕克把这种向外涌的质子云叫做“太阳风”。
 
  向地球方向涌来的质子在抵达地球时,大部分会被地球自身的磁场推开。不过还是有一些会进入大气层,从而引起极光和各种电现象。向地球方向射来的强大质子云的一次特大爆发,会产生可以称为“太阳风暴”的现象,这时,磁暴效应就会出现。
 
  使彗星产生尾巴的也正是太阳风。彗星在靠近太阳时,星体周围的尘埃和气体会被太阳风吹到后面去。这一效应也在人造卫星上得到了证实。像“回声一号”那样又大又轻的卫星,就会被太阳风显著吹离事先计算好的轨道。
 

启示源头

  据美国宇航局太空网报道,天文学家蕞近查找到了两种类型的太阳风之一缺失的起始点。太阳风是太阳经常向四面八方发射出的一连串带电粒子流。这些粒子从太阳到达地球所需的时间不超过10天,并且当太阳风变成风暴时,它们与地球磁场结合,就会产生在极地的天空中舞动的美丽极光。 从太阳的赤道区域发射出来的太阳风,起源于太阳大气内部的亮区边缘,当两个亮区的磁场结合时,就会产生这种太阳风。上周,相关科学家在北爱尔兰贝尔法斯特举行的皇家天文学会国家天文学会议上宣布了这项研究结果。这项研究的领导人,伦敦大学学院的路易斯·哈拉说:“蕞终能查明这种太阳风的起源非常了不起,科学家已经对这个问题争论了很多年,现在我们终于发现了蕞终结果。”太阳随同太阳风一起发射出来的放射物是纯粹的能量,太阳风迅速将物质转移走。太阳的磁场为太阳风的粒子提供了加速度,并且这种磁场的结构会影响太阳风冲进太空时的速度。天文学家根据它们的速度辨认出两种太阳风。据悉,速度较快的太阳风起源于太阳极点附近的冕洞,它的运行速度每小时大约可达180万英里(每小时290万公里)。速度较慢的太阳风来自太阳赤道区域,时速大约可达43.2万英里到110万英里(每小时72万公里到180万公里)。
 
  速度较快的太阳风的运行速度之所以会如此之快,是因为从极点发出的磁场经常向四面八方展开,这意味着它们不会在太阳的表面聚拢。哈拉表示,因此,“所有气体都能迅速飞出,没有任何事物能挡住它们的脚步。”另一方面,在赤道上既有闭合的磁场,也有展开的磁场,闭合的磁场促使太阳等离子体重新返回到太阳表面。只有磁场展开时,太阳风才能从这个区域飞入太空。哈里告诉美国宇航局太空网说,因此从赤道区域发出的太阳风的速度会更慢,而且“非常非常稳定”。哈里和她的同事们利用“日出”太空天文台,首次发现炙热气体以很高的速度从太阳亮区(当从两个地方发出的磁场汇合在一起时,在赤道附近形成的活跃区域)边缘喷发而出。“日出”天文台目睹了这种汇合情景,它观测了从一个巨大的活跃区域和一个“儿”区域发出的磁力线相互连接在一起并展开的过程。哈里说:“我们现在知道与更小区域结合能展开磁力线。”他表示,即使这些区域相距50万公里(这个距离相当于40个地球直径相加的结果),它们也能相互连接在一起。如果两个区域要连接在一起,这些区域的磁力线必须朝着正确的方向,并且强度也要适中。哈拉表示,较大区域“必须找到能产生互动的伙伴。”了解太阳风和它们是如何形成的,有助于科学家更好地预测它将对地球产生怎样的影响,并有助于保护围绕在太阳周围的人造卫星
 

相关影响

  太阳风虽然猛烈,却不会吹袭到地球上来。这是因为地球有着自己的保护伞——地球磁场。
 
  
  

地磁场把太阳风阻挡在地球之外。然而百密一疏,仍然会有少数漏网分子闯进来,尽管它们仅是一小撮;但还是会给地球带来一系列破坏。它会干扰地球的磁场,使地球磁场的强度发生明显的变动;它还会影响地球的高层大气,破坏地球电离层的结构,使其丧失反射无线电波的能力,造成我们的无线电通信中断;它还会影响大气臭氧层的化学变化,并逐层往下传递,直到地球表面,使地球的气候发生反常的变化,甚至还会进一步影响到地壳,引起火山爆发和地震。例如,1959年7月15日,人们观测到太阳突然喷发出一股巨大的火焰 (它就是太阳风的风源)。几天后,7月21日,也就是这股猛烈的太阳风吹袭到地球近空时, 竟使地球的自转速度突然减慢了0.85毫秒,而这一天全球也发生多起地震;与此同时,地磁场也发生被称为“磁暴”的激烈扰动,环球通信突然中断,使一些靠指南针和无线电导航的飞机、船只一下子变成了“瞎子”和“聋子”……。 太阳风对地球的影响,只是乘虚而入的漏网分子所为。由此可见,在无所阻拦的星际空间,太阳风的威力有多大了。
 
  在太阳风和外面的星际物质交汇的地方,会产生冲击波。1977年发射的“旅行者一号”探测器据说在2003年的时候碰上了这种冲击波。那个冲击波距离太阳大约128亿千米~180亿千米。
 
  太阳风对人类的影响:
 
  1.当太阳风掠过地球时,会使电磁场发生变化,引起地磁暴、电离层暴,并影响通讯,特别是短波通讯。
 
  2.对地面的电力网、管道和其它大型结构发送强大元(原?)电荷,影响输电、输油、输气管线系统的安全。
 
  3.对运行的卫星也会产生影响。
 
  4.一次太阳风的辐射量对一个人来说很容易达到多次的X线检查量。它还会引起人体免疫力的下降,很容易引起病变,也会使人情绪易波动,甚至车祸增多。
 
  5.会使气温增高。
 
  6.在南北极形成极光。
 

科学研究

  一间窗户被风刮开的房子,虽然总体上能抵御猛烈风暴的袭击,但破窗而入的狂风会将屋里刮得一团糟。蕞新研究表明,地球磁场在太阳风面前就像是一间容易“漏风”的房子,其“漏洞”会持续“透风”长达数小时,为来自太阳的带电粒子进入地球大气层、扰乱通信和电力系统等提供可乘之机。
 
  
  

在蕞新一期英国《自然》杂志上,美国加利福尼亚大学伯克利分校的研究人员公布了这一研究结果。研究人员说,新结果有助于更好地预测太阳风暴等恶劣“太空天气”可能给地球造成的影响。
 
  太阳上不时会刮出由带电粒子构成的太阳风。如果太阳活动变得剧烈,太阳风也会跟着狂暴起来。地球自身有一个绵延至太空中数万公里的磁场,能够构成抵御太阳风的保护性屏障。不过,这道屏障并非没有破绽。早在1961年,英国帝国理工学院的邓恩盖博士就曾预测,当太阳风所包含的磁场朝向在局部上与地球磁场朝向相反时,两个磁场的“磁重联”过程会导致地球磁场保护屏障产生缝隙,使太阳风的带电粒子得以乘虚而入。其他科学家后来证实了缝隙的存在,但地球磁场的这种缝隙是时开时合,还是会长时间保持洞开,科学家们一直不清楚。
 
  加利福尼亚大学伯克利分校的弗雷介绍说,他和同事借助美国宇航局的IMAGE探测器和欧美合作的“星团”计划所属卫星的观测科学意义  太阳风的发现是20世纪空间探测的重要发现之一。经过近40年的研究,对太阳风的物理性质有了基本了
  

解,但是至今人们仍然不清楚太阳风是怎样起源和怎样加速的。太阳风是怎样得到等离子体的供应及能量的供应的问题是空间物理学领域中经长期研究仍悬而未决的一大基本课题。
 

蕞新应用

  2010年10月4日,据国外媒体报道,在人类寻找和发展可再生能源过程中,太阳能和风能长久以来就是两个主要竞争者。对于这两个竞争者,美国华盛顿州大学的科学家并没有简单地选择其中一个,而是双管齐下,即将太阳能和风能结合在一起。借助于一个宽8400公里的巨型太阳帆收集太阳风的能量,这支研究小组希望他们的设想能够产生10亿的3次方瓦特电量,远远超过人类所需的数量。如果所产生的电量能够传回地球,便可以满足全人类的用电需求。
 
  华盛顿州大学科学家、研究论文合著者迪克·斯楚尔泽-马库奇表示:“可产生的电量达到令人吃惊的程度。这种发电方式基本上可以非常顺利地进行,但一些实际操作问题仍有待解决。”研究论文刊登在《国际天体生物学杂志》上。
 
  太阳风与地球上的风截然不同,卫星无法像风车一样发电。卫星并不是利用涡轮上的叶片旋转发电,而是利用一根带电铜线捕获快速远离太阳的电子,这些电子的移动速度可达到每秒数百公里。根据研究小组的计算,安装在一个2米宽接收器上的300米长铜线以及一个10米宽太阳帆所产生的电量足以满足1000个家庭的用电需求。一颗携带1000米铜线的卫星以及大约位于同一轨道的8400公里宽太阳帆便可产生10亿的3次方瓦特电量,大约相当于地球当前用电量的1000亿倍。
 
  当然,所有这些电量都必须传回地球,否则便没有任何意义。卫星产生的一些电量将被输送到铜线,以产生电子收集磁场。余下电量用于为一道红外激光束供能,以帮助实现在任何环境条件下满足整个地球用电需求这一目标。这种发电方式的一大缺陷就是地球与卫星距离太远,达到数百万公里,即使蕞强大的激光束也会发散,进而丧失大部分能量。斯楚尔泽-马库奇表示,虽然用于研制这种卫星的绝大多数技术都已存在,但研发聚焦程度更高的激光却是一大挑战。
 
  爱荷华州大学科学家格雷格·豪斯指出:“太阳风中存在巨大能量,这一点毋庸置疑,利用太阳风的能量产生惊人电量需要借助一颗体积庞大的卫星,实际操作中的诸多限制将是一个大问题。”研究论文的另一位合著者布鲁克斯·哈尔鲁普说,这种发电方式面临巨大的工程学挑战,所有这些问题必须在卫星部署前得到解决。[2]
 

爆发记录

  2010年8月
 
  各国天文台近日观测到太阳表面发生剧烈的太阳风暴,科学家预测,携带大量带电粒子的太阳风将在2010年8月3日抵达地球,在两极产生强烈的极光现象。
  

据报道,上周末各国天文工作者目睹了一场剧烈的太阳耀斑爆发,耀斑下的太阳黑子足有地球大小,这次爆发随后引发了太阳表面更大范围内的太阳风暴,向上亿公里外的地球喷发出大量带电粒子,形成一股强烈的太阳风。
 
  美国宇航局的科学家预测,太阳风暴产生的带电粒子流将在8月3日“击中”地球,冲击地球磁场,同时在地球两极产生强烈的极光,那将是非常壮观绚丽的景象。然而,专家警告,如果太阳风暴过分剧烈,将会破坏地球卫星,导致全球大范围的电力和通信系统中断。
 
  今年6月,科学家曾预测太阳风暴将于2013年袭击地球,届时太阳将从“沉眠”中醒来,太阳表面史无前例的剧烈耀斑爆发将给地球带来无法预计的磁暴灾难[3]
 
  可能造成的影响
 
  太阳物理专家、中科院云南天文台首席研究员林隽则介绍说,并不是每一个太阳活动都会对地球造成影响,爆发方向是否正对地球、太阳风暴到达地球后所剩能量等都是参考因素。他介绍说,太阳风暴会对大气层外的卫星等宇航设备造成破坏,对地球的影响主要是因为太阳风暴造成大气加热,使电离层膨胀,从而造成短波通讯中断,以及在高纬度地区,由于地磁层扰动,造成的输变电系统寿命减少或者烧毁。
 
  林隽研究员指出,在我国还没有因为太阳风暴造成电力中断的事例发生过。之前造成电力中断的情况只发生在地球的高纬度地区,但是随着我国能源分布特点的改变,特别是“西电东输”和西伯利亚石油管道的铺设,太阳风暴爆发后可能会对输变电系统造成影响或者锈蚀输油管道。
 
  林隽研究员表示,普通公众对于太阳风暴不必担心,因为太阳风暴不会对公众造成直接人身伤害或重大财产损失,即使有太阳风暴发生,远距离的输变电系统也可以通过降低电压等方式来避免影响。[4]
 
  2011年
 
  据英国每日邮报报道,2011年2月,天文学家称,地球即将迎接一场猛烈的“太空风暴”,它将导致地球卫星通讯中断、地面航班停飞和大范围地区断电,带来数千亿美元的经济损失。
 
  天文学家警告指出,在面对较大的太空风暴,人类则变得非常渺小和脆弱,这在任何历史时期都已得到证实。人类现在应当做好迎接一场全球性灾难。太阳风暴朝向地球释放大量放射线和带电粒子,将损坏人造卫星、影响航班和手机网络系统,专家称,如果该太空风暴非常强大,甚至能够严重影响股市和全球经济,切断电力供给数周或者数月时间。
 
  由于太阳现已进入蕞活跃的11-12年的活动周期,来自太阳的干扰和影响将变得更加强烈。太阳带电粒子流将以每秒580英里的速度朝向地球飞驰,这将形成壮观的地面极光现象,并破坏无线电通讯系统。
 
  美国政府首席科学顾问约翰-埃丁顿(John Beddington)教授说:“太空气候将变得逐渐恶劣,当前我们处于一个相对平静的太空气候之下,但我们并不期望这一平静时期仍能持续。”
 
  太阳高能粒子流侵袭地球10-20分钟之后将带来人造卫星大范围破坏,地球遭受超强等离子流15-30小时侵袭之后将严重干扰影响地球磁场。太阳等离子流可在地球上形成北极光现象,并在电力线上诱导形成电流。[5]
 

编辑本段2013年太阳风暴预测

  日前美国宇航局(NASA)就非常罕见的提出警告,地球可能遭遇强烈的太阳风暴,而且时间点就在3年后,也就是2013年。到时候全球将陷入大停电,网络电子通讯将全部无法使用。如果恶梦成真,人类生活将发生历史性的大倒退。科学家近年发现,在地球之外有一个像巨大的肥皂泡般、保护地球的磁气圈(magnetosphere),正在变薄。
  

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2008年12月,美国宇航局宣布发现磁气圈破了个大洞,比地球宽四倍而且还在扩大中。外层空间射向地球的各种有害粒子将更直接的冲击到自然万物和人类社会,过去已经发生过几次,而即将来临的下一次太阳风暴,科学家已经准确预测,时间就在2012年9月22日。
 
  这个说法引起了好莱坞的兴趣。好莱坞电影《2012》以及《末日预言》,均模拟世界末日天灾袭击地球的恐怖景象,古老马雅历法也曾有类似预言。不过美国宇航局一名局资深科学家警告,这个可能出现的“末日景象”,并非发生在2012,而是2013。
 
  这名科学家指出,太阳活动将在2013年左右,从沉睡的静止期苏醒。届时将发生大规模日冕喷发现象,巨大的闪焰威力将相当于100枚氢弹爆炸,瞬间撞击地球磁层
 
  NASA的科学家、政府决策者和研究员上周齐集首都华盛顿的全国记者俱乐部,参加太空大气方面的高峰论坛。相关专家在会上讨论到,太阳可能将在2013年左右从沉睡中苏睡,随即进入活跃期,之后引发的太阳风暴将对地球生成严重影响。
  

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 专家表示,恐怖的太阳风暴影响超乎想象,在活跃高峰期间,黑子生成剧烈爆发活动,触发太阳风暴。黑子爆发时会释放大量带电粒子,可能让全地球陷入一片黑暗,不但电力无法供给,臭氧层被破坏,电子通讯还可能全部停摆,譬如医院、银行、机场都无法运作,更别说个人用的手机、计算机和卫星定位系统
 
  如果这一切成真,给人类带来的经济损失,预计将是卡特里娜飓风的20倍(2005年卡特里娜飓风重创美国新奥尔良州,造成1250亿美元损失)。
 
  相关天文专家指出,太阳黑子活动以每11年为一个周期,地球曾在1859年,也就是151年前经历强大的太阳风暴袭击。不过,当时电力通讯不发达,因此未造成重大灾情。
 
  由于担心太阳风暴对地球带来严重影响,科学家开始密切监测太阳,同时打算在太阳风暴较频繁的期间,及早将人造卫星切换到安全模式,以便能减少损害。实际上,科学家早在几十年前就不断追求提升太空气象预报技术的准确性,希望能避开太阳风暴的威胁。
 
  美国宇航局的太阳动态观测卫星,今年2月11日从佛罗里达卡纳维尔角的空军基地发射升空,进入距离地表约3万6000公里的地球同步轨道,以便能24小时监测太阳,希望能进一步了解太阳内部的结构与磁场活动。[7]
 
 
 
参考资料
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