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太陽風暴侵襲 科技生活預警

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2003年10月28日NASA的SOHO飛船拍攝到的太陽耀斑,這是用現代方法監測到的最強烈的耀斑。(NASA)

近日,九年來最強的太陽風暴導致航空大亂。去年美國太空總署NASA曾發布一份警告,認為太陽將在接下來的幾年內會「從深睡中甦醒」,預計在2013年,地球將面臨一場太陽風暴,上至衛星,下至手機都會受到嚴重影響……

文 ◎ 李曉宇

1月23日至25日,太陽爆發九年來最強的太陽風暴,導致太空人躲入太空艙、航班延誤、北極圈附近許多地區閃耀高亮度的北極光。

根據美國國家海洋暨大氣管理局(NOAA)的測算,這次太陽風暴是2003年10月以來最大的一次。據中科院介紹,他們的觀測標準是以地球同步軌道附近大於10兆的高能粒子的通脹為監測標準,平時正常值都是不到1,但是這一次監測量已經到了上千,最多的一次達到了3000多,高了幾千倍。


極光照亮了加拿大、挪威、瑞典等靠近北極圈的國家,甚至蘇格蘭等多地也能看到景象壯觀的極光。(NASA)

風暴迫使美國最大的航空公司之一達美航空(Delta Airlines)改變至少六條經過北極的航線。極光照亮了加拿大、挪威、瑞典等靠近北極圈的國家,甚至蘇格蘭等多地也能看到景象壯觀的極光。

美國物理學家比爾賽克(Doug Biesecker)認為,這次太陽風暴是「預警」,昭示太陽活動加強,「更壞的情況有可能發生」。

太陽爆發性活動對人類的影響

近年來,科學家們一直提醒人們注意太陽風暴的影響,相關的報導也絡繹不斷。然而,太陽風暴究竟如何活動?又怎麼會影響人類的生活?這些問題可以從太陽的能量活動分別說明:

1. 太陽耀斑

太陽耀斑是太陽表面局部區域突然和大規模的能量釋放過程。耀斑發生時,強烈的輻射覆蓋整個電磁波譜,包括γ射線、Χ射線、紫外線、可見光,直到射電波段。

大的太陽耀斑會對地球進行三輪「攻擊」。首先,耀斑所產生的X射線暴以光速飛向地球,使地球向陽面電離層的電離增強,短波通信受到干擾,甚至完全中斷。

第二輪攻擊是接近於光速的相對論帶電粒子(主要是質子和電子)在耀斑發生30分鐘左右即到達地球空間,通過多種物理效應對衛星產生破壞作用。

第三輪攻擊是太陽風,它們在耀斑發生2天至3天到達地球的磁層,可在地球空間產生磁暴。

太陽強粒子輻射還會對人類生存環境產生影響。如1965年2月和1972年8月曾發生過兩次大的質子事件。前一次使地面的中子數約增加了90倍,後一次使平流層中的臭氧長時期減少15%。臭氧對紫外線有很強的吸收作用,臭氧層的存在使不致有太多的太陽輻射的紫外線到達地面,對人類及生物起著重要的保護作用。

2. 日冕物質拋射

太陽最外層大氣稱為日冕。日冕物質拋射(Coronal Mass Ejections,縮寫為CME)是太陽日冕中的物質瞬時向外膨脹或向外噴射的現象。大的CME可含有10億噸物質,這些物質被加速到每秒幾百甚至上千公里。快速CME向外的速度可達每秒2000公里。

當拋射物抵達地球時,會擾亂地球磁層,造成特別強的極光。日冕物質拋射事件伴隨著耀斑,會破壞無線電傳輸,造成能量損耗(斷電),並對人造衛星和電力傳輸設施造成損害。

3. 太陽風

由於日冕氣體溫度很高,足以克服太陽引力,以每秒約400公里的速度離開太陽。這個外流的等離子體稱為太陽風。太陽風主要由質子和電子組成。如果在X射線波段觀測太陽,可以看到太陽表面有黑的區域,這些區域稱為冕洞。一般認為,高速太陽風源於冕洞。在太陽耀斑期間,帶電粒子可被加速到至少100倍的太陽風速度。在發生CME時,也常常伴隨著高能粒子發射。

4. 太陽黑子

太陽黑子是太陽磁場變化引起的。當磁場產生的磁壓達到一定程度,就會使磁力線穿越太陽表面區域的對流減少,使那的溫度比周圍低一兩千度,這部分看起來顏色較暗,所以稱為太陽黑子。太陽黑子越多,說明太陽表面的活動就越強烈。通過對太陽黑子200多年的系統觀測,發現太陽黑子數目每11.2年達到最大。隨著太陽旋轉,一個特定的黑子返回到太陽同一位置大約需要27天。也就是說,太陽黑子以27天和11年為週期變化。黑子群,特別是具有複雜磁場形狀的黑子群常常是發生耀斑的地方。

5. 磁暴

磁暴是全球範圍內地磁場的劇烈擾動,擾動持續時間在十幾小時到幾十小時之間。地磁場的擾動是由撞擊地球的太陽風引起的。磁暴對輸電系統可產生破壞作用。近年來最引人注目的磁暴損壞輸電系統的事件發生在1989年3月。當時一個強磁暴使加拿大魁北克的一個電力系統損壞,600萬居民停電達九小時。

6. 突發電離層騷擾

太陽耀斑產生的高能電磁輻射暴(紫外線和X射線)以光速運動,離開耀斑位置僅八分鐘就到達地球。高層大氣對太陽耀斑產生的紫外線和X射線暴的直接響應,是幾分鐘到幾小時的時間內面向太陽的半球電離突然增加,短波和中波無線電信號立即衰落,甚至完全中斷,這種現象稱突發電離層騷擾,電離層擾動嚴重影響通訊的例子屢見不鮮。1989年3月的大磁暴期間,在低緯的無線電通訊幾乎完全失效,輪船、飛機的導航系統失靈。

事實上,2011年美國太空總署NASA曾經發布一份警告,認為太陽將在接下來的幾年內會「從深睡中甦醒」,預計在2013年,地球將面臨一場太陽風暴,上至衛星,下至手機都會受到嚴重影響,並且會有很大塊的區域面臨停電危機。不管NASA的警告是否為真,近年來大陽風暴對人類生活的影響,的確日趨明顯,也成為人類關注的一項熱門議題。◇

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