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2012年或將遇世紀一遇太陽風暴 中國專家解讀

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2010年07月03日11:04
來源:《光明日報》
中國科學家:太陽風暴影響未必嚴重


  ——專訪中國科學院國家天文台太陽活動預報中心首席研究員王華寧

  本報記者 齊芳

  近來美國科學家向世界提出持續警告:2012年是第24太陽活動周峰年,有可能發生“世紀一遇”的“超級太陽風暴”,對地球產生重大影響。“超級太陽風暴”會不會發生?會給人類帶來哪些影響?近日,本報記者專訪中國科學院國家天文台太陽活動預報中心首席研究員王華寧,談談我國科學家在這一領域的研究成果。

  記者:太陽活動的第24個周期,是不是太陽活動的強周期?

  王華寧:早在第23個周期之內,也就是1996年到2008年之間,科學家們就在積極預測第24周期的情況。就該周期內太陽黑子數量的高峰值能達到多少、大概會出現在哪一年等關鍵問題,中外科學家進行了大量的研究工作。其中對太陽黑子數量高峰值的預測出現了嚴重分歧。

  2009年之前科學家預測第24周峰值大概會出現在2012年。但是,2008、2009年以及今年以來的太陽黑子數監測表明,這段時間內太陽黑子出現頻度處於低迷狀態。這意味著第24周峰值出現時間還要推遲。目前我們傾向於認為峰值會出現在2012年下半年或者2013年上半年。當然,考慮長期預測的誤差,峰值出現在上述預測時期之外也不奇怪。

  就峰值大小預測而言,2009年之前有一部分科學家傾向於認為是第24周期可能是太陽活動的強周期。他們採用太陽發電機理論模型並結合黑子觀測數據,預測第24周峰值比第23周期高40%。但是這一結論遭到了另一部分科學家的反對,其中包括提出這個理論模型的印度科學家。這位印度科學家和中國科學家聯合,用同樣的理論模型進行計算,得出的結果是第24周期的峰值比第23周低30%。出現這種嚴重分歧的原因在於如何看待已經過去的周期對未來周期的影響,本質上是如何判斷太陽內部的運動狀況,如何獲取太陽內部磁場(黑子)產生區域的真實狀態。綜合近三年太陽黑子數量的變化情況,目前科學家普遍認為太陽活動的第24周期不會是強周期,而是弱周期。預測峰值高低的爭議告一段落。

  記者:太陽活動周期的這種強、弱之分,是不是就意味著“超級太陽風暴”攻擊地球可能性的大小?“太陽風暴”的決定因素有哪些?

  王華寧:這裡我們要澄清一個概念。所謂太陽活動周期的強弱,主要指的是太陽黑子數峰值的多少。在太陽活動的一個周期裡,太陽黑子數量最多的那一年,被稱之為“峰年”。但是,這與是否產生“超級太陽風暴”沒有直接關聯。比如1859年的“超級太陽風暴”強度很大,對地球產生重大影響,強烈干擾了剛剛建立起來的電報網絡。但這次“超級太陽風暴”是第10周峰年之前發生的。

  太陽風暴是指對地球產生影響的太陽爆發現象。太陽爆發種類繁多,衡量爆發強度的方法也不相同。其中有一種太陽爆發現象稱為X射線耀斑,主要表現為來自太陽的X射線流量爆發性增強。按照流量的大小,分為C、M和X三個級別。自從1976年以來,人類開始用人造衛星對太陽X射線流量進行不間斷監測。這些年的監測數據表明,在太陽的每個活動周期裡,都會出現幾次甚至是十幾次強度較大的X級“X射線耀斑”。耀斑主要表現為強烈的電磁輻射和高能粒子輻射。電磁輻射約8分鐘后影響地球的向日面,高能粒子大約在數十分鐘后到達地球附近的空間。對地球磁場和大氣影響最大的是日冕物質拋射。日冕物質拋射過程中上百億噸時速高達數百乃至千公裡以上的帶電粒子沖向行星際空間,形成激波陣面。一旦該陣面經歷數十小時沖向地球,就會引起強烈的地磁暴和電離層暴。上述變化可能進一步引起如下災害性事件:宇航員可能受到輻射傷害﹔衛星軌道衰變並過早隕落,星載電子儀器受到嚴重損害﹔電磁遙感測量在磁暴期間常常發生錯誤﹔電波路徑發生位移,GPS定位、導航產生誤差﹔地面電網和電力設施遭受沖擊等等。

  ●日冕物質拋射形成的激波陣面不直接沖向地球,就不會對地球產生嚴重影響。

  ●靠近地磁極的國家受到的影響較大。

  然而並不是說太陽爆發越強,對地球的影響就越大。地球在距太陽1億5千萬公裡遠的公轉軌道上運動。如果日冕物質拋射形成的激波陣面不直接沖向地球,或者說地球沒在太陽爆發的直接打擊范圍內,就不會對地球產生嚴重影響。比如2003年10月下旬和11月初,太陽上發生一系列X射線耀斑,並於11月4日觀測到了近三十年來最大的X射線耀斑(級別為X28+,超出了衛星X射線探測器的量程),同時大量的日冕物質拋射現象相繼發生。然而這些耀斑和日冕物質拋射對地球的影響比不上1989年3月上旬的一系列爆發事件。當時太陽上也產生了一系列X級耀斑(最大X15級)和大量的日冕物質拋射。這些爆發事件不僅損壞了一些人造衛星,而且導致加拿大魁北克地區電網崩潰。

  記者:美國科學家描繪的“超級太陽風暴”襲擊地球的情況非常可怕,可能會產生諸如大面積停電、通訊中斷等嚴重后果。這一切真的會發生嗎?

  王華寧:這種情況是可能發生的。美國科學家對於最壞情況的預測並沒有言過其實、聳人聽聞。因為“太陽風暴”對高技術系統的打擊尤為嚴重。在高度依賴信息技術的今天,如果1859年“太陽風暴”再次發生,的確會像美國國家科學院報告所描述的那樣,給人類社會帶來巨大災難。然而“超級太陽風暴”是百年不遇的災害性事件,具有偶然性和突發性。我們既不能放鬆對這種太陽風暴的警惕,也不要因此就誤以為世界末日來臨。地球磁場和大氣是地球生物圈的保護傘,它們屏蔽了大量來自太陽和銀河系的高能粒子對地球生命的沖擊。如果太陽的“身體狀況”不穩定,這個保護傘勢必受到影響。太陽目前正處於青壯年,“身體狀況”良好,為我們的地球家園提供了一個相對穩定的外部環境。然而我們不能因此放棄對太陽“身體狀況”的監測,因為身體再好的壯年人也會“偶感風寒”。

  另外,太陽風暴對各國家的影響程度還要取決於該國家所處的位置。一般來說,靠近地磁極的國家受到的影響大。加拿大大部分地區靠近地磁極,因而很容易受到太陽風暴的襲擊。這也是1989年太陽風暴導致加大拿魁北克地區大停電的原因之一。

  記者:我們國家在空間天氣監測預測上,目前處於何種地位?做了哪些工作?

  王華寧:雖然空間天氣監測預測有很強的應用目標,但涉及眾多基礎研究領域:如太陽物理、空間物理和地球物理等。目前人類對於太陽風暴的預測能力還十分有限,原因是我們對空間天氣過程的認識還處於起步階段。空間天氣的理論、方法和數據的全球共享度較高。我國是國際空間環境服務(International Space Environem ent Service,ISES)的成員之一。我國在北京時間每天下午2點向其他成員公布我們的觀測數據,並對未來48小時太陽活動情況進行預報,也就是“48小時時效、24小時更新”。同樣我們每天在不同時間段也會收到來自其他成員的觀測數據和預報結果。

  由於地球大氣的影響,地面太陽觀測精度不能與空間觀測相比擬。地面單點也不能實現連續太陽監測。因此美國、日本、歐空局在過去數十年裡相繼發射了幾十顆太陽觀測衛星。其中有日本2006年發射的口徑為0.5米的光學望遠鏡,用於觀測太陽大氣和磁場的精細結構。應該說我國的地基太陽觀測是非常有特點的。相關理論研究和預報模式研究也處於國際前沿。但我國在天基太陽觀測領域還是空白,至今沒有天基太陽成像觀測,第一手數據還要依賴於國際衛星數據。

  早在上世紀80年代末,我國太陽物理專家艾國祥院士領銜提出了“空間太陽望遠鏡計劃”。該計劃擬將1米口徑的光學望遠鏡發射到太空,用於觀測太陽大氣和磁場的精細結構。經歷了二十多年的提高和完善,其探測技術與科學目標在國際上保持了領先地位。與此空間太陽望遠鏡相關的多項關鍵技術攻關已經完成。一旦1米口徑光學望遠鏡為主體的“空間太陽望遠鏡”成功實現太陽觀測,我國太陽活動監測能力和“太陽風暴”預警能力將大幅度提高。

  太陽風暴

  太陽風暴是太陽黑子活動達到高潮時,太陽因能量增加而向太空噴射大量帶電粒子。一次太陽風暴在短短的一二十分鐘內釋放出的能量,與平時整個太陽1秒鐘內釋放出的總能量相當。太陽風暴每11年發生一次,它往往以每小時300萬千米的速度闖入太空,有些會扑向地球,與地球磁場發生撞擊產生地磁沖擊波。

  太陽風暴會對人類生活造成一定破壞。由於太陽風暴中的氣團主要內容是帶電等離子體,因此,它將影響通訊、威脅衛星、破壞臭氧層。

  幾次影響大的太陽風暴

  卡靈頓事件(1859年)

  是歷史上有記載的最嚴重的一次太陽風暴。因為英國天文學家理查德·卡靈頓(Ri char d Car r i ng t on)最先發現這一現象,因此這次太陽風暴被稱為“卡靈頓事件”。1859年9月1日早晨,卡靈頓用裝著過濾器的望遠鏡觀測太陽黑子時,發現太陽表面噴射出了一道明亮的光。這種現象很快就消失了。他並不知道,那團明亮的斑點是一團帶著電荷的等離子雲,正朝著地球的方向疾速飛來。就在幾分鐘內,英國格林尼治天文台和基烏天文台都測量到了地磁場強度的劇烈變動。17個半小時以后,地磁儀的指針因超強的地磁強度而跳出了刻度范圍。差不多同時,各地電報局電報機的操作員報告說他們的機器在閃火花,甚至電線也被熔化了。低緯度地區的人們都能看到天空中五顏六色的北極光,午夜時分不用點燈都能閱讀報紙。卡靈頓幾乎肯定地認為這些事件都與他發現的耀斑爆發有關。“卡靈頓事件”造成了長達8天的惡劣空間天氣。由於當時主要依靠蒸汽機和勞力,還沒有人造衛星、無線電通信和現代的電力傳輸網絡,太陽風暴並未給地球帶來過於嚴重的災難。

  1989年太陽風暴

  1989年發生的超級太陽風暴,使美國國防部的一些衛星癱瘓,使加拿大魁北克省和美國新澤西州的供電系統受到破壞,造成的損失超過10億美元。

  2003年太陽風暴

  2003年10月28日,發生了一次強烈太陽耀斑爆發及與之相伴的強大日冕物質噴射,這場太陽風暴於美國東部時間29日凌晨1時13分與地球磁場發生作用,由此產生的地磁暴強度達到了很高級別。日本個別衛星出現了信號異常,美國北部和加拿大一些電網出現了電流急沖現象,另外美國北極光可見區域顯著南移,甚至有人在得克薩斯州的埃爾帕索看到了北極光。

  不過,由於不少國家的電力等部門採取了相應預防措施,沒有大規模斷電等情況發生。國際空間站上的兩名美俄宇航員也按照要求短暫撤離到了“曙光”號功能貨艙尾部,以躲避太陽風暴發出的強輻射。

http://scitech.people.com.cn/BIG5/12044682.html



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