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太陽輕了胖了 小脾氣不會吞噬地球但會讓衛星報廢
2019-02-16 09:05:11 來源: 中國天氣網
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  太陽急劇老化,隨時都有可能膨脹並吞噬地球,地球不得不開啟了一段長達2500年的星際流浪之旅。這是被稱為中國科幻電影裏程碑的《流浪地球》為我們描繪的場景。那麼現實中,太陽真的有可能吞噬地球嗎?這一天離我們有多遠?帶著疑問,中國天氣網採訪了幾乎每天都要和太陽打交道的國家空間天氣監測預警中心工程師韓大洋。

  越燒越胖!太陽過去47億年已經膨脹10%

  到目前,給我們帶來光和熱的太陽已經47億歲了,正值青壯年。相比47億年前,現在的太陽已經緩慢膨脹了大約10%。

  韓大洋介紹,太陽是一顆由熾熱氣體構成的巨大恒星,主要由氫和氦組成,內部溫度高達1500萬℃,在這兒的每一秒鐘裏,都有6億噸氫發生聚變成5.96億噸氦,而少了的400萬噸物質則以能量的形式釋放到太陽係的每一個角落。

  問題來了,按理説太陽越來越輕,應該越來越瘦才是啊,咋還變胖了呢?

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  決定太陽身材的不光是自身重量,還有高溫高壓所産生的膨脹效應。目前太陽上的四分之三左右是氫,剩下的四分之一不到是氦,而隨著核聚變的不斷進行,更多的氫轉變為氦,太陽重量的流失導致太陽自身引力減弱;另一方面,氦匯聚在太陽核心區域,將産生比氫燃燒更高的溫度和壓力,使得內部向外膨脹的力量越來越大。

  隨著太陽的不斷“燃燒”,其自身重量減輕,引力減小,而內部的燃燒會越發劇烈,向外膨脹的力量不斷增強,直到有一天燃料耗盡。韓大洋表示,暮年的太陽可能膨脹為直徑28000萬公裏的紅巨星,早已“吞噬”目前距離它只有15000萬公裏的地球了。

  “流浪”尚遠 太陽的小脾氣離我們更近

  看來有一天,太陽真的會吞噬地球。那麼,我們是不是該準備跑路,準備“流浪地球”了?韓大洋説,現在去流浪還有點早。就目前來看,人類還不必為逃離太陽這個問題而操心,太陽大約還有50億年的燃料可燒,即便再保守一些也差不多還有35億年。

  但是,太陽在已經走過的47億年時間裏可是小脾氣不斷,時不時來個大耀斑、太陽海嘯,給人類的生産生活帶來破壞和打擊。

  1859年9月1日,英國天文學家理查·克裏斯多福·卡林頓在觀測太陽黑子時發現其周圍突然出現極為明亮的條狀白光,持續數十秒後逐漸減弱。數分鐘後,英國格林尼治天文臺和基烏天文臺都監測到地磁場的劇烈波動。17個半小時後,地磁波動強度“爆表”,與此同時,全球多地電報臺站的發報機在閃著火花,電線發熱甚至融化。而平時只在南北極地區才能見到的極光,一直延伸到了古巴和夏威夷。這就是人類遇到的最強空間天氣太陽風暴——“卡林頓事件”。

  經過近四百年的研究到現在,我們發現,大約每11年,太陽活動就會由高峰進入低谷再返回到高峰,從未停止過。而在每一個周期內,太陽都會爆發幾次強太陽風暴,隨之而來的超級耀斑和幾十次強地磁暴,對于已經習慣現代科技生活的我們來説,這些來自太陽的看不見又感受不到的威脅恰恰會給我們帶來“致命一擊”。

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國家空間天氣監測預警中心供圖

  韓大洋表示,如果“卡林頓事件”級別的太陽風暴再爆發一次,可能會導致全球衛星報廢、通信中斷、電網癱瘓,靠儀表、無線電通訊、GPS導航的飛機、船只一下子變成了“瞎子”和“聾子”,地球電離層結構被破壞,喪失反射無線電波的能力……

  這些由于太陽的劇烈活動而導致的災害被稱太空時代的新氣象災難——空間天氣災害。

  太陽打“噴嚏” 地球也“感冒”

  空間天氣災害又是怎麼形成的呢?“用一個形象的説法就是,太陽‘打噴嚏’,地球也可能會‘感冒’。”韓大洋介紹説,太陽的外層大氣從太陽表面噴出,形成充盈整個太陽係的太陽風,地球就浸泡其間,只不過有地球磁場作為天然屏障我們才得以生存。太陽活動會導致太陽風和地球空間環境産生各種變化,正如地球大氣中的短期變化過程被稱為“天氣”一樣,日地空間中發生的各種短期變化過程被稱為“空間天氣”。太陽的劇烈活動,比如耀斑和日冕物質拋射等,還經常會制造空間天氣事件來襲擾地球,並可能引發“空間天氣災害”。

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家空間天氣監測預警中心供圖

  這些災害主要是太陽以輻射和高能物質的形式發出,影響近地空間以及地面的人造設施,這一類災害正隨著人類太空科技的進步而逐漸凸顯出來,尤其是對衛星、航天器安全,以及航空、通信、導航等領域産生影響和危害。比如,在2003年10月底至11月初,發生了著名的“萬聖節太陽風暴事件”,爆發了X28級太陽耀斑,是史上有記錄以來最強大的耀斑。當時,約半數衛星出現故障,全球范圍內的通訊受到幹擾,全球定位係統精度降低。

  空間天氣預報 為地球防范和太空探索保駕護航

  好在吃過幾次大虧之後,人類已經開始著手應對來自太陽的威脅。通過建立太空衛星監測前哨站,結合地面太陽觀測設備,實時無死角監測太陽的一舉一動,尤其是透過其表面磁場活動對其可能發生的爆發作出預判,為地球的防范爭取寶貴的反應時間。

  為了應對太空時代新災害,世界各國都建設了相關研究部門,比如在美國,有隸屬于國家海洋與大氣管理局的空間天氣預報中心(SWPC);在歐洲,則有各國聯合組建的歐空局(ESA);在中國,有國家空間天氣監測預警中心(NCSW)。他們通過監測數據和預報模型,對未來的太陽活動、行星際空間傳播過程、磁層、電離層、高層大氣的變化趨勢做出判斷,必要時發出太陽事件預警,為航天、航空、通訊、導航、電力、石油等領域保駕護航。

  2002年6月1日,中國國家空間天氣監測預警中心成立,2004年7月1日開始正式發布空間天氣監測預警産品,標志著我國國家級空間天氣業務正式開始。經過多年發展,國家空間天氣監測預警中心具備了為我國衛星發射和在軌載人航天活動、地面技術係統的安全、導航、通訊等應用係統提供空間天氣保障服務的能力,同時,也成為了科研觀測數據的供應者,以及空間天氣應用研究的重要力量。

  韓大洋介紹,通過連續觀測太陽表面的變化,結合太陽的黑子的動態,可以提前27天預判太陽的活動趨勢。在過去的近四百年時間裏,一代代科學家持之以恒連續對太陽黑子數進行記錄,正是有了這些不同尋常的工作,我們才一步步揭開太陽的秘密。

4.太陽活動多與少的對比_副本.jpg

太陽活動多(左)與太陽活動少(右)的對比(圖片來源:SDO衛星監測)

  “目前,太陽活動正處于低年。”韓大洋説,最近的一次太陽活動高峰出現在2013年,黑子數出現數量大、頻率高,可以推測下一次太陽活動高峰可能會出現在2024年左右。

  未來幾年我國將加快太空探索的步伐,2019年繼續嫦娥探月, 2020年發射一枚火星探測器,2022年左右建成空間站。韓大洋表示,隨著越來越多的航天器進入太空,我們更不應該對空間環境掉以輕心。太陽活動低年的空間天氣環境同樣復雜多變,需要我們加強對空間環境的日常監測和預報,為航天任務保駕護航。

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【糾錯】 責任編輯: 邱麗芳
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