【太阳风暴电影】太阳风暴光临地球 你的手机信号还好吗?
“太阳风暴”的概念对于普通大众来说有点陌生,但这种空间天气现象离我们并不遥远。北京时间2019年3月20日19点18分,新生的太阳黑子群曾爆发了一个C4.8级别的小耀斑,伴随出来的还有日冕大量抛射。3月24日,太阳风暴撞击地球,但这一次的撞击,除了气象工作者能够探测到之外,对于我们普通人的生活几乎没有造成太多的影响。
什么是太阳风暴?它在空间天气里“发作”起来到底威力几何?记者特邀南京信息工程大学空间天气研究所吕建永教授做了解答。 扬子晚报/扬眼记者 杨甜子
太阳风暴的威力有多大
在“空间天气”里,时刻“风起云涌”
认识“太阳风暴”之前,我们首先要熟悉什么是“空间天气”。吕教授告诉记者,“空间天气”的产生,源于科学技术的不断提高,人们逐渐认识到地球除了陆地、海洋和大气环境外,还存在与人类的生存发展息息相关的空间环境。
“空间天气”是指瞬间或短时间内发生在日地空间(包括太阳大气、行星际太阳风、磁层、电离层和热层大气)中,可以影响卫星和地面探测雷达等正常运行,危及人类活动、健康和生命的天气条件或状态。太阳风暴就是指太阳上的剧烈爆发活动及其在日地空间引发的一系列强烈扰动。
空间天气涉及的物理参数与日常所说的天气有很大不同,它主要发生在距地30千米以上。相较于平日的风和雨,在空间天气中,我们所关心的“风”指的是太阳风,地面风速大约十几米/秒,而太阳风速大约400千米/秒;“雨”则是来自太阳的带电粒子雨;在空间天气中没有阴晴之分,但有太阳和地磁场的“平静”与“扰动”之别,空间天气不太关心“冷暖”,而特别注意太阳的紫外线和X射线辐射的变化。
“太阳风暴”会在短时间内造成输电网失衡
空间天气也有好坏之分。所谓好的空间天气,指的是太阳到地球高空大气之间的区域(简称日地之间)处于平静的状态,有利于火箭发射和卫星正常运行;而差的天气是指日地之间的天气有不同程度的扰动。当空间天气变化十分剧烈时,会对人类技术系统产生严重的影响,这种空间天气被称为灾害性空间天气。
我们所熟知的灾害性空间天气有强的日冕物质抛射、大的太阳耀斑、地磁暴等。这种灾害性空间天气可使卫星提前失效乃至陨落,通信中断,导航、跟踪失误,电力系统损坏,危害人类健康。
国际上和我国卫星异常或故障近1/3是由变化的空间天气造成的。再例如,广为关注的“臭氧洞”现象。太阳活动一般会通过光电化学过程影响地球“臭氧洞”。太阳大耀斑发生后,臭氧总量也相应地发生变化。
由于臭氧对紫外线有很强的吸收作用,因此它对人类及生物起着重要的保护作用。大气臭氧含量的减少会引起海洋陆地生态系统的严重失调,甚至还有研究认为大气臭氧含量的减少会增加皮肤癌患者。
“磁暴”(全球地球磁场的剧烈扰动)的发生,便是源于日冕物质抛射、太阳风高速流与地球磁层相互作用。磁暴发生时,穿过电网回路的磁通量会发生急剧变化,从而产生强大的感应电流。这会在短时间内造成输电网的失衡,导致部分设备产生高热而烧毁。
“磁暴”还会影响高层大气的温度与风场
吕建永告诉记者,大家或许知道磁暴会影响手机通讯,其实不被大众所知的是,磁暴也会对高层大气的温度与风场产生影响。南信大空间天气研究所与美国国家大气研究中心合作,利用全球电离层热层中间层耦合模式和自主研发的诊断分析模块对这一问题进行了研究。
“可以发现在磁暴期间全球中间层-低热层区域温度的响应,温度有升有降,变化范围从-30℃到30℃。这种温度变化会产生压力梯度力,进而形成磁暴期间中纬度中间层-低热层的扰动风场。”
吕建永表示,只有在充分理解空间天气造成高层大气的温度、风场等变化的物理过程的基础上,才能继续进一步研究空间天气对低层大气的影响,从而为减少磁暴产生的负面影响寻找方法。
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历史上,“太阳风暴”扰民事件没少发生
在历史上,最为典型的灾害性空间天气事件之一是1989年3月13日的大磁暴对全球造成的影响。不到90秒钟,加拿大整个魁北克省电网完全崩溃,全省陷入漆黑,大部分地区断电9小时,部分地方黑暗持续了数日,太阳磁暴对于无线电信号也有不小的影响。
我国所处的地理位置离地磁场北极比较远,所以以前发生的灾害性空间天气事件对国内危害不显著。但我们并不能因此而放松警惕。
延伸阅读
木星真的可以被“点燃”吗?
2019年春节,《流浪地球》的热映让我们对空间天气有了新的认知,看过电影的观众对“点燃木星”这一情节印象深刻。南信大空间天气研究所李婧媛博士介绍,在科幻电影《流浪地球》中,太阳向红巨星的转变是地球不得不背井离乡的主要原因。
实际上太阳在目前稳定的状态上还会待上50亿年左右。至于“点燃木星”,其实在实际操作中是非常困难的。木星的半径约为地球的11倍,地球上的氧气被相当于300多倍地球质量的木星氢气稀释之后,能点燃的可能性较低;即使点燃了,点燃后产生的推力也会被木星的磁场像橡皮筋一样拉住,阻止产生的激波向地球传播。
虽然《流浪地球》中有很多现有科学很难解释的现象,但是它吸引了更多人对空间天气的关注和研究,这是非常有意义的。
极光也是磁暴的“附属产品”
空间天气不仅会制造各种麻烦,也会产生绚丽的极光。伴随太阳风,来自太阳的高能粒子沿着极区磁场的开口进入地球大气层是会激发大气中的原子、分子发出各种颜色的光,这就是我们地面上所看到的极光。磁暴越大则极光越强。
