太阳爆发性活动影响人类

http://www.sina.com.cn 2003年11月10日18:23 北京晚报

　　一个大的耀斑可发射高达1025焦耳的能量，相当于全世界每个人挨一颗氢弹。这个能量比火山爆发所释放的能量大1000万倍

　　11月3日，太阳再次发生X3级耀斑爆发，我国短波通讯一度严重中断。自10月28日以来，太阳发生了一系列爆发性活动，并对地球的磁层、电离层和高层大气产生不同程度的扰动。太阳耀斑、日冕物质抛射和太阳风暴等名词频繁地出现，这些词的科学含义是什么？太阳

的各种爆发性活动究竟对人类有哪些影响？

　　太阳耀斑

　　太阳耀斑是太阳表面局部区域突然和大规模的能量释放过程。耀斑发生时，强烈的辐射覆盖整个电磁波谱，包括γ射线、Χ射线、紫外线、可见光，直到射电波段，同时，电子、质子和重离子等粒子在太阳大气中被加热和加速。一个大的耀斑可发射高达1025焦耳的能量，相当于全世界每个人挨一颗氢弹。这个能量比火山爆发所释放的能量大1000万倍，但小于太阳每秒钟所发射总能量的十分之一。

　　大的太阳耀斑会对地球空间（包括高层大气、电离层和磁层）进行三轮“攻击”。首先，耀斑所产生的X射线暴以光速飞向地球，使向阳面电离层的电离增强，短波通信受到干扰甚至完全中断。第二轮攻击是相对论带电粒子（主要是质子和电子），它们的速度接近于光速，在耀斑发生30分钟左右到达地球空间，通过多种物理效应对卫星产生破坏作用。

　　第一种效应是单粒子事件，当单个质子或重离子打到航天器内电子器件的芯片上时，芯片内产生电荷过大，将电路锁定在一个状态，只有关断电源，重新启动方可使装置恢复正常，这种效应称为单粒子锁定。严重时可导致单粒子烧毁。第二种效应是航天器内部充电。高能电子具有很强的穿透能力，它们能穿透卫星的外壳，进入卫星内部，并能穿进绝缘介质内部，在里面积累起来。随着积累的电荷增多，电场越来越强，当电场增加到一定程度时，绝缘介质被击穿。如果这种事件发生在卫星的关键部件，可导致整个卫星报废。1998年5月，一个强的高能电子暴使美国的通信卫星“银河4号”失效，导致美国部分州之间的信用卡业务中断，部分地区的电视节目中断。

　　高能粒子还危害航天员的健康。1989年1月19日，美国亚特兰蒂斯号航天飞机在发射伽利略号飞船时，航天员感觉到有闪光，这是高能粒子打到视网膜上引起的。航天员不得不退回到航天飞机内，但眼睛仍受到严重刺激。高能带电粒子还会对航空飞行员和旅客带来损伤。如1989年9月29日，在巴黎与华盛顿之间飞行的协和式飞机上的辐射监视器，发现飞机内的辐射剂量超过了警戒线。

　　第三轮攻击是太阳风，它们在耀斑发生2天至3天到达地球的磁层，可在地球空间产生磁暴。

　　太阳强粒子辐射还会对人类生存环境产生影响。如1965年2月和1972年8月曾发生过两次大的质子事件，前一次使地面的中子数约增加了90倍，大气中的碳14同位素增加了10％，后一次使平流层中的臭氧长时期地减少15％。美国卫星于1994年拍摄到的高能电子穿透大气层的图像表明，高能电子在中、低纬大气层的强度也很高。高能电子在大气层会产生氮的化合物，直接影响全球臭氧的分布。

　　臭氧对紫外线有很强的吸收作用，臭氧层的存在使不致有太多的太阳辐射的紫外线到达地面，对人类及生物起着重要的保护作用。

　　根据太阳耀斑期间发出的软X射线光子流量，可将耀斑分成C、M和X三大类。C类流量最低，X类流量最高，每类流量相差10倍。各大类还可再细分为多个小级别，如C1到C9，X1到X20。从10月28日到11月5日，已经发生了两次X17级的耀斑。而从1976年以来，只记录到两次X20级耀斑，因此称10月底到11月初的大耀斑，是自1976年以来的第三大耀斑。

　　日冕物质抛射

　　太阳最外层大气称为日冕。日冕物质抛射（缩写为CME）是太阳日冕中的物质瞬时向外膨胀或向外喷射的现象。大的CME可含有10亿吨物质，这些物质被加速到每秒几百甚至上千公里。当它们与地球的磁层相遇时，会使磁层产生强烈地扰动。CME有时伴随耀斑，但通常单独发生。耀斑有时伴随CME，但有时也单独发生。在太阳活动最大年，太阳每天产生大约3次CME，而在活动最小时，大约每5天产生一次CME。快速CME向外的速度可达每秒2000公里，而正常的太阳风速度约每秒400公里。CME通常是产生大的非重现性磁暴的源。

　　太阳风

　　由于日冕气体温度很高，足以克服太阳引力，以每秒约400公里的速度离开太阳。这个外流的等离子体称为太阳风。太阳风主要由质子和电子组成，但有少量氦核及微量重离子成分。在地球轨道附近，每立方厘米的太阳风中含有大约8个质子和等量的电子。

　　如果在X射线波段观测太阳，可以看到太阳表面有黑的区域，这些区域称为冕洞。一般认为，高速太阳风源于冕洞。在太阳耀斑期间，带电粒子可被加速到至少100倍的太阳风速度。在发生CME时，也常常伴随着高能粒子发射。

　　太阳黑子

　　太阳黑子是太阳表面上黑色斑点，有瞬变的、集中的磁场。他们是太阳最显著的可见特征。黑子大小相差很大，有小、中、大和特大黑子。大?暮谧佑械厍蚰茄螅卮蠛谧邮堑厍虻?10倍。黑子通常是成群出现的，一群黑子通常由几个小、中和大的黑子组成。通过对太阳黑子200多年的系统观测，发现太阳黑子数目每11．2年达到最大。随着太阳旋转，一个特定的黑子返回到太阳同一位置大约需要27天。也就是说，太阳黑子以27天和11年为周期变化。黑子群，特别是具有复杂磁场形状的黑子群常常是发生耀斑的地方。上月底和本月初的几次大耀斑，都发生在486和488号大黑子群所在区域。

　　磁暴

　　磁暴是全球范围内地磁场的剧烈扰动，扰动持续时间在十几小时到几十小时之间。地磁场的扰动是由撞击地球的太阳风引起的。磁暴对输电系统可产生破坏作用。近年来最引人注目的磁暴损坏输电系统的事件发生在1989年3月。一个强磁暴使加拿大魁北克的一个巨大电力系统损坏，6百万居民停电达9小时，光是电力损失就达2千万千瓦，直接经济损失约5亿美元。据美国科学家估计，此事件若发生在美国东北部，直接经济损失可达30至60亿美元。

　　突发电离层骚扰

　　太阳耀斑产生的高能电磁辐射暴（紫外线和X射线）以光速运动，在离开耀斑位置仅8分钟就到达地球。高层大气对太阳耀斑产生的紫外线和X射线暴的直接响应，是几分钟到几小时的时间内在向阳半球电离的突然增加，短波和中波无线电信号立即衰落甚至完全中断，这种现象称突发电离层骚扰，电离层扰动严重影响通讯的例子屡见不鲜。1989年3月的大磁暴期间，在低纬的无线电通讯几乎完全失效，轮船、飞机的导航系统失灵。图由焦维新提供北京大学地球与空间科学学院　焦维新