Astronomy 版 (精华区)

发信人: Gforce ()第三个代表(), 信区: Astronomy
标  题: 太阳活动对人类影响有多大？
发信站: 哈工大紫丁香 (Mon Jan 31 20:58:30 2005), 转信

张桂清
中国科学院国家天文台
　
今年的2月底到3月初，日面上出现了两个大太阳黑子群。许多人在早晨和傍晚都以肉眼看到了它们。一些新闻媒体进行了报导。随之，不少新闻媒体报导有关太阳活动对人类的影响。报导中有些不实之词，甚至耸人听闻。现在，太阳正处在它的第23个活动高峰期。日面上黑子群相当多。经常会出现大太阳黑子群，这是很正常的。2月底到3月初的两太阳黑子群虽然大，但并没有发生太强烈的太阳爆发，对地球影响不大。
人们常说，太阳是万物之源，万物生长靠太阳。太阳给地球带来了光明和温暖，给人类以生存的条件，创造了人类生活的美好环境。但是，太阳活动特别是大爆发确实会影响和破坏地球环境，特别是近地空间环境。如太阳的强粒子辐射若到达地球，就会破坏宇航环境以及与之相关的现代尖端技术的试验和实施。太阳X射线爆发会引起地球电离层突然骚扰，因而导致短波通信衰减，甚至中断。但是，不管多强的太阳活动对我们人类平常的地面活动不会构成象地震那样的直接严重威胁。
我们都知道，用不同的太阳望远镜可以观测到太阳表面以上的不同层次。用太阳光球望远镜可以观测太阳的光求层，在这一层我们可以观测到太阳黑子群，偶尔，在太阳黑子群及其周围会出现突然的明显增亮，这在天文学中被称为白光耀斑。这是非常罕见的太阳爆发事件。自有观测以来，只观测到过几十个。用色球望远镜可以观测到太阳光球层外面的一个层次，叫色球层。它看上去象一个玫瑰红色的球，上面有一块块的亮区域，我们称它为谱斑。一般大块的亮谱斑位于太阳黑子群的正上方，有时这些谱斑会突然增亮,我们称它们为色球耀斑。用X射线和射电望远镜可以观测到色球层外面的一个层次，叫日冕层。日冕层的大面积的亮区域，被称为日冕凝聚区。日冕凝聚区也位于太阳黑子群的正上方。
太阳和太阳爆发的能量辐射分为粒子辐射和电磁辐射。它们对地球大气的影响是不同的。
当太阳上有大爆发时，有时会喷射出大量的高能带电粒子流，人们把它称作太阳风暴。当这些高能带电粒子流到达地球轨道附近时，我们称它们为太阳质子事件。当这些粒子沿地球磁场到达地球极区时，人们称它们为极盖事件。高能带电粒子流会破坏卫星的控制系统和击毁电子元器件，从而导致航天器的控制系统和传感器失灵，以至整个航天器被毁；太阳高能带电粒子流还会威胁宇航员的生命，强太阳质子事件也会对在高纬地区飞行的旅客和乘务人员构成辐射威胁。另外，强高能带电粒子流对地球的冲击会引起地球电磁系统的变化和地磁暴，从而可能导致高纬地区高压输电网络和地下输油管道损坏。
除了粒子辐射外，伴随太阳耀斑，还发射强烈的X射线辐射。我们称它为X射线爆发或X射线耀斑。这种频率极高的辐射，在20世纪60年代，随着火箭的升空和宇宙飞行器的问世才被观测到。因为X射线爆发的绝大部分都被地球大气吸收了，在地面很难观测到它们。与太阳耀斑相伴的X射线爆发会引起地球电离层的扰动，使电离层的电子密度增加，这时通过电离层反射传播的短波无线电信号会被部分地、甚至全部地吸收，从而导致通讯衰减或中断。太阳紫外线辐射增强也会增加地球电离层的电离度，因而使地球大气向外膨胀，增加对中、低轨道卫星的拖曳力。
近十几年来引起地球空间环境最强烈的、灾害性变化的太阳活动发生在1989年3月。3月初，日面上出现了一个大太阳黑子群，它的面积达到3570（单位为太阳半球面积的百万分之一），相当于几十个地球的面积。此黑子群发生的几十个强烈耀斑活动引起过39次强烈短波通讯突然骚扰，其中15次通讯部分中断， 24次全部中断。这个黑子群发生的大爆发把大量的高能带电粒子抛向地球，在近地空间，或者说卫星轨道空间引起了一场灾难。据美国地球物理资料中心统计， 1989年3月份，有46例卫星异常的记录。源于这个黑子群的太阳风暴到达地球，引起强烈地磁暴。这次强日地活动使加拿大魁北克省的大部分地区停电达9小时以上，600万居民受到影响，使魁北克省电力公司损失19400兆瓦的电力。1991年3月底又一个大太阳黑子群发生的几十个大太阳耀斑引起29次强烈短波通讯突然骚扰，其中11次通讯部分中断，18次全部中断。它抛出的大量高能带电粒子流引起强烈的太阳质子事件。由于带电粒子的轰击，日本主要广播卫星的太阳能电池板受损，致使3个月内只能供应2个广播频道所需的电力。此期间，欧洲海事通讯卫星 MARECS－A由于太阳高能带电粒子使其表面带电引起的局地弧光放电损坏了太阳能电池，使它的输出功率降到不能使用的水平而退出服务。
自1996年进入第23个太阳活动周以来，一次对地球影响比较强烈的太阳活动发生在1998年5月。它使美国的银河－4卫星发生故障，致使美国需经此卫星转播信号的4500万人的寻呼机失灵，部分电视中断。这可能是首次因卫星故障导致的寻呼机大规模停机事故。
自1976年以来，已记录到近200次对地球产生影响的太阳质子事件。这种事件不是经常发生的，在太阳活动高峰年相对多些，在太阳活动低年很少见。相比之下，太阳X射线爆发要多得多。所以，在太阳活动高峰年，电离层突然骚扰和短波通讯突然骚扰是经常发生的。
所以，我们可以说，太阳活动主宰着空间环境（或称空间天气），人类的空间活动和通讯直接受控于太阳。
正是鉴于上述，不少国家非常注意太阳活动对地球环境的严重影响和控制。从60年代开始，纷纷成立日地空间天气的预报结构，进行相关研究和预报服务，并且成立了“国际空间环境服务中心”，总部设在美国。其下设有10个区域警报中心。有美国、加拿大、俄罗斯、日本、捷克斯罗伐克、法国、印度、澳大利亚、波兰和我国。随着我国航天事业的崛起和国防通讯事业的发展，我国从60年代末就开始了太阳活动预报的研究和服务，为我国的航天事业，国防通讯事业作出了有益的贡献。目前，我国正在组织有关单位制定“我国空间天气战略计划”。随着我国科学技术的进步，日地空间环境预报和服务必将为我国的航天事业，国防通讯事业作出更大的贡献。
那么，太阳活动对气候、天气、人类的地面活动有没有影响呢？应该说是有的，但比起对空间环境的影响要弱的多，而且是间接的。
大家都听说过太阳活动的“蒙德极小期”，这是英国天文学家蒙德最先发现的，因而以其名命名。蒙德的研究证明，公元1645到1715年间，太阳上很少有黑子。这个时期，北欧气候非常寒冷。我国历史学家的考证证明，这个时期是人类有史以来最冷的时期，被称作“小冰河期”。我国的地震学家也证明，这个时期是华北大地震最多的时期。人们认为这个时期的寒冷和地震与太阳上少黑子有关。
从1801年科学家就开始研究太阳黑子与地球上旱涝灾害的关系，发现当日面上黑子少时，一些地区雨量就少，地面干旱。但是，后来有的统计研究认为当日面上黑子多时，一些地区雨量就少，地面干旱。这种对不同地区统计而得到的相反结果就很难使人相信地面雨量的多少与太阳活动有直接关系。从物理角度讲，太阳对地球的影响是全球性的。即便有关也是太阳因素经地球内因的作用进行了再分配。
太阳活动可能对人类的情绪和疾病有推波助澜的作用。空间物理环境随太阳活动（能量）的波动经日地能量藕合可能会影响地面人类的生理功能和疾病。一些研究表明动、植物的繁殖，发育和生长过程受太阳活动的调节。一些研究者指出，新生儿的死亡率和妇女的疾病发生率与太阳黑子活动强弱呈正相关关系。象一些传染病（猩红热、白喉症、痢疾、流感等）、心血管疾病、眼病等等的发病率都与太阳活动的强弱呈正相关关系。但是，应提请注意的是，这些影响不是太阳辐射的电磁波和粒子直接打到地面上引起的。一些科学家认为，起因于太阳风暴的地磁活动对人体内分泌水平具有显著的调制作用，人体的神经系统对地磁扰动非常敏感。当地磁活动强烈时，人类植物神经系统交感神经的紧张程度有提高，因而人类的攻击性行为加剧，交通事故增多，人的判断错误率上升。还有一些科学家和医学家认为人体有生物电。脑电图,心电图等的测试仪器就是据此而设计的。无数细胞生物电汇集，形成人体的电磁场。在通常情况下，人体电磁场和地球电磁场处于相互融洽状态。当地球磁场被强烈扰动时，会打破人体电磁场和地球电磁场的平衡，使人体的某些功能发生紊乱，影响人的情绪和诱发疾病。
然而，我们不要产生误解，更不必惊慌失措。人类的疾病不是完全由太阳活动诱发的，它只是多种触发因素的一种次要因素。太阳活动不会给在地面活动的人类带来象地震那样可怕的灾难。更何况能导致强烈地磁暴的太阳爆发是稀少事件。现在我们人类对许多疾病有了治疗和控制的能力。入若觉得身体不适，不管什么原因引起，只要及时就诊就不会有危险。
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To see a world in a grain of sand,
And a heaven in a wild flower,
Hold infinity in the palm of your hand,
And eternity in an hour.

 


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