Astronomy 版 (精华区)

发信人: Gforce ()第三个代表(), 信区: Astronomy
标  题: 地球环境的主宰者——太阳
发信站: 哈工大紫丁香 (Mon Jan 31 20:59:03 2005), 转信

张桂清中国科学院国家天文台

　我们每天都见到太阳，早晨日出，傍晚日落，年复一年。我们用肉眼看到它总是像一个红色或橙色的大火球。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也会影响和破坏地球环境。如给现代尖端技术的试验和实施“捣乱“，危害人造卫星，不少学者的统计和研究结果认为，地球上的自然灾害，人类的某些流行疾病也受太阳活动的影响。太阳怎么会有这么大的本事影响地球呢？我们用肉眼是发现不了这个“秘密”的。不过，我们借助太阳望远镜就能识破它的“伎俩”。我们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球层，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，这在天文学中被成为白光耀斑。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，上面称为r射线爆发（或耀斑）、 O.01到1埃范围内的太阳辐射突然增强被称为硬X射线爆发（或耀斑）、在1到IO埃范围内的软X射线辐射突然增强被称为软X射线爆发（或耀斑）、从毫米波到米波段的太阳辐射被称为太阳射电辐射、在毫米波到厘米波段的太阳辐射的突然增强被称为太阳射电微波爆发（或耀斑和米波段的太阳辐射突然增强被称为太阳射电米波爆发。早在二十世纪四十年代，也就是第二次世界大战期间，英国防空部队发现波长为4到6米的雷达有时突然受到强烈短波的干扰。以后经过海伊等人的研究终于明白，这种电波并非来自地球上的人为干扰，而是起因于太阳，并意外地发现这种太阳射电辐射强弱与太阳黑子的大小、多寡和耀斑等活动密切相关。几乎同时，索思沃思采用当时新制成的微波雷达接收机又独立地发现了太阳3到10一波段的射电辐射。太阳射电辐射来自日冕层，波长越长，太阳射电辐射源的层次越高，可达5个太阳半径或更高。阿普尔顿等早已证实，强烈的太阳射电爆发与太阳色球耀斑密切相关。太阳射电爆发可用太阳射电望远镜观测到。直到二十世纪六十年代，随着火箭的升空和宇宙飞船的问世，才观测到太阳X射线辐射。因为太阳X射线辐射的绝大部分被地球大气吸收了，所以在地面上基本观测不到它。太阳X射线爆发几乎和色球耀斑同时发生。我们可用空间太阳X射线望远镜观测太阳X射线辐射和太阳X射线耀斑。另外，太阳活动还会引起太阳紫外线辐射的增强。当太阳上有大耀斑爆发时，除了电磁辐射突然增强外，有时还会喷射出大量的高能带电粒子流（主要是氢原子核，其次是氦原子核），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到球极区时，人们称它们为极益事件。太阳除了有剧烈的爆发活动外，还有缓慢的变化，如太阳黑子的生消和黑子数11年的涨落周期等。那么耀斑爆发的能量来源于何处？太阳物理学家几乎一致认为是由太阳磁场转换而来。太阳黑子有很强的磁场，最强可达到 400O多高斯。所以一个大黑子群中储存着巨大的磁能。一个大耀斑爆发在几十分钟内所释放的能量可达102’焦耳，相当于十亿颗氢弹爆炸所释放的能量。如果一个大爆发所释放的能量能全部到达地球上，其后果不堪设想，当然，这些能量不可能全部到达地球上，因为太阳会普照整个太阳系。但是，就是它的一部分到达地球上，对地球环境也会产生明显的影响。从1900年马克尼和波波夫发明无线电通讯开始，人类的通讯手段发生了质的突变。人类开始步人无线通讯时代。在无线电通讯过程中，人们时常发现短波无线电信号衰减甚至中断，但有时并不是接收和设备有故障。后来人们发现，当太阳上发生大耀斑时，短波无线电信号有不同程度的衰减甚至中断。因此，人们才开始认识到太阳耀斑对电力层反射向远方传递的。

现在已明自，正是强太阳x射线爆发引起地球电高层的扰动。太阳的强太阳X 射线报发会使电离层的电离度增加，这时通过电高层反射传播的短汉无线电信号会被部分甚至全部吸收，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，增加对低、中等轨道卫星的拖曳力。

20世纪50年以前，人们以为星际空间是冷漠空寂的。到了20世纪50年代后期，人类进人了空间时代，人造卫星上天，空间探测器在近地空间探测到了磁场和太阳风，我们的地球在太阳风中就象一个固定在某一位置上的气球被风吹拂一样。太阳风中裹胁着等离子体，还有来自太阳的磁场。这时人们才认识到日地空间是一个充满各种复杂物理过程的场所。同时人们也发现卫星的控制系统和电子元器件有时莫名其妙的发生故障是太阳爆发导致的太阳质子事件在作祟，是它损坏航天器的表面材料和电子元器件，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；太阳质子事件会威胁宇航员的生命，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回引起地球磁层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。

举两个例子，1989年3月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）。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，15次通讯部分中断，24次全部中断。导致的强太阳质子事件引起强烈地磁暴。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，万居民民受到影响，使魁北克省电力公司损失19400兆瓦的电力。1991年3月22日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， 11次通讯部分中断，18 次全部中断，导致了第22太阳周最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被损坏。此期间，欧洲海事通讯卫星 MARE～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。

太阳活动不仅主宰着空间环境（或称空间天气)，调制地球的气候、天气、水文，甚至对地震、人的情绪和疾病都有推波助澜的作用。大家都听说过太阳活动的”蒙德极小期”吧？这是一个非常明显的太阳活动影响地球的例子。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。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。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。后来的研究发现，气象要素的变化、地磁要素的变化、地震和旱涝都有类似于太阳黑子的11年周期变化。科学家的研究还发现地震和厄尔尼诺现象与太阳质子事件的频数相关。有的科学家的研究还证实，大耀斑发生后全球雷暴频数增加 50％或更多。空间物理环境随太阳活动的波动会影响人的生理功能和疾病。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Z 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。

一些科学家认为，起因于太阳活动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，因此太阳活动会调节着人类的情绪。当太阳活动强烈时，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。无数红胞生物电汇集，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。当太阳上发生强烈活动时会引起地球磁场的强烈扰动。从而打破了人体生电”磁场和地球电磁场的平衡，使人体的某些功能发生紊乱，影响人的情绪和促使疾病发生。不管这些解释是否圆满，所有这些统计结果是不容忽视的。当然，我们不要产生误解，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。现在我们人类对许多疾病有了治疗和控制的能力。对地球自然环境也有一定的控制和保护能力。然而，人类还无能力改变和控制空间环境，它完全受太阳活动的主宰。所以到60年代，不少国家已注意到太阳活动对地球环境的严重影响和控制。一届砌成应日地空间天气的预报结构，进行相关研究和预报服务。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，国防通讯事业和农、林、水情预报作出了有益的贡献。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成为一个大有发展前途政部领和应用领域。
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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.

 


※ 修改:·Gforce 于 Jan 31 20:59:17 修改本文·[FROM: 202.120.3.1]
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