地球“流浪”之前的必答題——太陽的“三板斧”

在三伏天的夜晚,最幸福的事情莫過於躺在空調房中,刷著wifi信號滿格的手機。但是,有一個傢伙,卻不管你是“水深又火熱”還是“無網則不利”,只要它不高興,分分鐘各種電路全都給你掐斷。誰呀?老熟人了,大家都認得的太陽公公。

這可不是逗你玩兒!太陽的“三板斧”那是相當了得!早在1989年3月13日,太陽就曾“把加拿大魁北克省的電閘拉掉”。那天晚上,數百萬人就在惶恐與不安中度過了一個漆黑的寒夜。

太陽這“三板斧”是什麼,究竟有何厲害之處?為了搞清楚事情始末,須得去太陽上調查一番。

  太陽耀斑

攻擊形式:全波段光能

攻擊速度:30萬公里/秒

預計到達地球所需時間:8分鐘

攻擊強度:A、B、C、M、X 逐級十倍增強

影響領域:通信、導航以及相關航天、軍事活動

先說光球層上的太陽黑子。早在兩千多年前中國古人就有記載,在《漢書?五行志》中有這樣的記載:“成帝河平元年……三月乙未,日出黃,有黑氣大如錢,居日中央。”翻譯過來就是:公元前28年,三月乙未這一日,太陽昇起來後顏色暗淡發黃,能看到一個黑色的圓形印記如同一枚錢幣一樣,就在太陽中央位置上。用今天的科學知識來解釋這一現象,可能是當日特殊的天氣條件,比如霧或是沙塵,遮擋了初升後太陽強烈的照射,使得人們可以以肉眼看到黑子。

在科學上太陽黑子還有另一個名字,叫做太陽活動區,這裡因為磁場的作用束縛了太陽上高溫等離子體的流動,導致黑子區域溫度較周圍低1000攝氏度左右而呈現黑色。相反,這種磁場能量的不斷累積和角力恰恰又構成了太陽活動區的爆發。

如果用生活中的例子做比喻的話,做一鍋炸醬麵醬料時的場景與之著實有些類似:一股熱油裹挾著一塊五花肉,在爐灶的加溫和鏟子的不斷翻炒下,在油鍋中翻滾著,滾著滾著就遇到了一塊跟它一樣的五花肉,兩股“神秘力量”交織在一起,在一番角力和比拼後,要不一起翻滾,要不分道揚鑣,還有一種可能,就是變成一個炸裂的醬泡,崩得掌勺大廚一哆嗦。這實際只是一瞬間的事兒,而太陽黑子上的磁場變化過程則能夠持續數天到數十天之久,一旦能量達到磁場的邊界值,就可能突破其束縛造成爆發。

這就是太陽的“第一板斧”——太陽耀斑。

在耀斑的光波中,有一部分波長短能量較高的光波如γ射線和X射線,會影響地球的大氣層,造成電離層擾動甚至紊亂,使得通信和導航系統出現異常。

在距離地面數十公里乃至上千公里高度的地球大氣,在太陽的輻射作用下出現電離或部分電離的狀態。這為無線電的傳輸製造了天然的反射面,有些電波遇到電離層會被反射回來並被數百公里外的接收站點收到。1895年意大利科學家馬可尼的無線電通信實驗就是建立在這個基礎上的。電離層一旦受到耀斑的光輻射就可能出現密度不均結構混亂的問題,原本應該被反射的電波穿過去了,而來自衛星和航天器的本該穿過電離層被地面接收的信號卻被反射了出去。

  高能帶電粒子

攻擊形式: 帶電粒子

攻擊速度:數萬公里/秒

預計到達地球所需時間:數小時

攻擊強度:直接劇烈轟擊

影響領域:航天、航空、通信,特別是載人航天

伴隨耀斑一同飛出的高能帶電粒子則是太陽的“第二板斧”。

高能粒子本身體積小速度極快,將直接轟擊阻擋在其飛行路線上的一切物質,大到衛星和太空飛船,小到大氣原子,就是一個字——“撞”。它們速度快到什麼都不怕,人造航天器都可以直接穿透而過,留下出現異常指令而不得不進入安全模式重啟的一堆可憐的衛星。

這還算幸運的。2003年11月期間的一系列太陽活動,直接“撞壞”了多顆人造衛星,數十顆衛星數據異常甚至無數據,日本的EOS衛星乾脆“丟”了。

高能粒子的轟擊還能造成大氣密度的升高,雖然在數百公里高度上的大氣非常稀薄,但是這陡然增加的上百倍密度差可能造成嚴重後果,比如我國的“神舟五號”飛船就曾因大氣密度激增,一天內軌道高度快速下降,最終不得不消耗大量燃料來進行彌補。

  日冕物質拋射

攻擊形式:一大堆的粒子來打擊

攻擊速度:數百公里/秒到兩千公里/秒

預計到達地球所需時間:一天到四天不等

攻擊強度:全球地磁暴

影響領域:輸電、長距離管網、航空、航天

前面提到的日珥以及太陽最外面的日冕,有時也會因為活動區的爆發被一起拋離太陽,這種現象我們叫它“日冕物質拋射”。如果說前面的耀斑和高能粒子只是太陽衝著我們“打了個噴嚏”,那日冕物質拋射差不多就是跟咱們“動手了”。

別看太陽這第三板斧速度最慢,可它力量大啊!日冕物質拋射一股腦兒地將幾億噸乃至幾十億噸甚至更多的太陽物質高速拋出,浩浩蕩蕩地在宇宙中飛行數天。一旦恰巧擊中地球,首先地球的磁層會被“擠壓”甚至是“扭動”,放大到全球範圍則是發生地磁暴。

這種過程雖然看不見摸不著,但輸電設備和金屬管網卻對它很敏感。還記得開篇提到的加拿大魁北克省大停電嗎?那就是正處在工作負荷較高的電網突遇太陽爆發造成的地磁暴,磁生電電生磁,兩者相互影響,一股額外的電壓出現在本就滿負荷的電網中,成為壓垮駱駝的最後一根“太空稻草”。

除此之外,地球周圍的空間環境也會在日冕物質影響下發生變化,出現粒子濃度上升、大氣密度增大、航空輻射增強等一系列狀況。

不過,從好的方面來講,日冕物質拋射也可能給我們帶來“純天然大禮”,那就是在地球兩極地區上演的極光秀。


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