超强耀斑会带来什么

国内新闻 2017-09-14 13:04:22来源:科技日报
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NASA

太阳耀斑爆发局部图 黄彦摄

    9月10日,太阳再次发威。继9月6日太阳爆发强度X9.3级的耀斑后,10日23点35分,该区域爆发了又一个X8.2级耀斑。两次耀斑爆发分别为近11年来最强烈和次强的耀斑爆发。

    相当于百万颗氢弹同时爆炸

    所谓X级耀斑,对应的是其强烈程度。空间天气学界以美国GOES系列气象卫星探测到的耀斑软X射线辐射量峰值来划分其级别,由弱到强可分为A、B、C、M和X级。相邻两个耀斑级别的能量相差10倍。一次M3.5级耀斑爆发意味着该耀斑的软X射线峰值通量为3.5×10-5瓦特/平方米。对于A、B、C、M级耀斑来说,其字母后的数字不会超过10,而X级耀斑后的数字则可以为大于1的任意值。这是因为所有通量峰值在10-4瓦特/平方米以上的耀斑,都归入X级耀斑的范畴。例如,一个X11级的耀斑,其辐射通量峰值为11.0×10-4瓦特/平方米。一次这样的强耀斑爆发释放的能量,大致相当于数百万颗10亿吨当量的氢弹同时爆炸。

    自从有GOSE耀斑观测记录以来,记录到的最强烈耀斑发生在北京时间2003年11月5日,强度为X28级。当时,强烈的X射线辐射使得GOSE卫星的探测仪器饱和,因此X28的级别并非来自准确的探测,而是根据探测曲线外推作出的推断。有研究者根据地球受该耀斑袭击后的反应推测,该耀斑的实际级别可能高达X45。

    此次太阳耀斑爆发让研究人员感兴趣的,不仅仅是它爆发的高强度。太阳上的黑子数量存在一个11年的变化周期。一般地,在黑子数较多的年份,强太阳风暴出现的可能也就越大。然而,2017年处在第24太阳活动周的下降年,黑子数正在趋近本个太阳活动周的最小值。爆发如此高强度的耀斑,实属罕见。

    耀斑和日冕物质抛射不是一回事

    夏季雷阵雨时,往往能同时感受到天空中的电闪雷鸣和地面附近的狂风骤雨。和它们类似,耀斑和日冕物质抛射是太阳风暴发生时的两种相互联系但性质不同的现象。

    耀斑是太阳日冕中的突然增亮现象,袭击地球的速度较快,产生的X射线辐射和高能粒子会干扰短波无线电通信,使卫星上的计算机死机,甚至彻底摧毁卫星。在轨工作的宇航员们需要采取特别措施,防止受到剂量过大的辐射。

    而日冕物质抛射则会1—4天后到达地球附近,诱发地球磁场的剧烈变化,产生强地磁暴。神舟、天宫等近地航天器受到的大气阻力将增大,不得不消耗更多燃料进行轨道维持。高压电网中产生的地磁感应电流能将对电网的正常运行产生干扰,严重时还有可能损坏大型变压器等电网核心设备。GPS、北斗等导航系统的导航信号传输将受到干扰。如果在野外或公海大洋中使用仅依靠卫星信号的定位设备,就会产生比较大的定位误差。

    就像地面附近存在“干打雷、不下雨”的现象及没有雷电的细雨一样,耀斑和日冕物质抛射并不一定同时出现。但像9月6日这样大规模的爆发,地球一般会同时被耀斑和日冕物质抛射袭击。

    可以期待美丽极光

    历史上,强太阳风暴对人类活动造成严重影响的事件有很多。1971年我国外交使团将恢复我国合法席位的联大报告发送回国时,恰遇太阳风暴引发的短波通信中断,导致报告在数小时之后才抵达。美国的商业通信卫星Galaxy-4、我国的气象卫星风云1号等,都在太阳风暴高能粒子的打击下彻底报废。由于对在轨运行期间的太阳活动预测偏差,美国第一艘轨道空间站“天空试验室”(SkyLab)在未达到设计寿命时,就于1979年坠落。1989年,加拿大魁北克地区电网的核心变压器被地磁感应电流烧毁,导致该地区大规模断电。2005年1月20日的太阳耀斑爆发后,在国际空间站工作的宇航员们不得不转移到防护性能较好的舱室中,来躲避高能粒子的辐射。

    然而,普通人无需担忧除太阳风暴对身体健康的影响,地球磁场和大气层这两层“护甲”会保护我们免受威胁。射向地面的高能粒子会在与大气层中原子分子不断碰撞的过程中消耗自己的能量,而地磁场也可以将一部分高能粒子束缚在远离地面的近地空间中。在两极附近产生的绚烂的极光,就是高能带电粒子像导轨上的小火车一样,沿着地磁场的磁力线到达地球两极后,轰击两极地区的高层大气产生的。因此,对于极光爱好者来说,太阳风暴吹袭地球时是拍摄、观测极光的绝佳机会。遗憾的是,由于地磁南极相比地理北极向北美方向偏离,我国只有最靠近地磁极的黑龙江漠河地区附近,才在一年中有若干次见到极光的机会。

    (作者系中科院国家空间中心博士生)

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