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老孙的小宇宙

同样的基本粒子,构成你我不一样的人生,这就是我们神奇的宇宙。

 
 
 

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老孙,出生于齐鲁大地,曾因骨瘦如柴被同学称为“猴子”,现居住于上海,已是“胖松鼠”。曾就读于中国科大天体物理中心硕博连读,现为某出版社科学编辑,科学松鼠会资深会员。兴奋点:天文地理、物理数学、社会新闻……故此博客称“老孙的小宇宙”。

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2012年太阳风暴——不靠谱的太阳长期预报?  

2009-10-13 15:17:50|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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摘要:信息、太空时代的人们比以往更加依赖空间天气,也就是太阳活动,然而受制于原理和观测水平,空间天气短期预报差强人意,长期预报问题还远未解决。

 

 关于2012年即将发生强烈太阳风暴的消息已经充斥了网络的各个角落,美国宇航局(NASA)和美国科学院发布的这份报告说,届时太阳活动将会异常猛烈,太阳喷发出的带电粒子流将会大规模地袭击地球,从而对所有依靠磁场、电力的部门形成威胁,而今天的我们的生活无不依靠电力、电器,2012年有可能会爆发严重的“太阳灾害”,造成严重的生命和财产损失。

 然而事实真的如此吗?美国科学院发布这项报告的根据是什么呢?当前我们对太阳这颗最近的恒星了解多少?不对这则新闻的背景作一些深入的了解,我们无法判断这则报告是靠谱的科学报告,还是为抢眼球而制造的耸人听闻的噱头。

              2012年太阳风暴——不靠谱的太阳长期预报? - 老孙 - 老孙的小宇宙

                                     2006年GOES-13卫星拍摄一次太阳耀斑,记录这个耀斑的仪器被烧坏了。

 实际上,就在2007年4月,NASA和美国海洋大气管理局成立的第24太阳活动周预报委员会还做过一个令人大跌眼镜的举动:发布了两份截然不同的报告,一份认为第24周太阳活动将会非常强烈,其峰值大致出现在2011年的后期,而另一份报告则认为下一周期的太阳活动相对较弱,峰值出现在2012年中期。这是怎么回事?以精确而著称的天文学家怎么做出了这样“不靠谱”的事情?如此自相矛盾的两份报告,让公众何去何从?实际上回顾一下太阳的观测史就会发现,天文学家们对于太阳的“脾气”还远远没有摸透。

 在近代天文学史上,对于太阳的观测是从400年前的伽利略开始的,他用他亲手制造的天文望远镜观测太阳表面,发现了太阳黑子,并正确地推断太阳存在自转现象。从伽利略之后,对太阳的观测一直持续下来,但早期的天文学家并不清楚太阳的本质,也不清楚太阳对于地球会有多大的影响。我们所熟知的一位“反派”哲学家孔德在1825年还认为恒星的化学组成是人类永远无法知道的知识,三十多年后的1859年,夫琅和费就通过太阳光谱观测揭示了太阳上的化学元素。

 还是在1859年9月1日上午,德国天文学家卡林顿在自家的天文台上观测太阳,突然发现在一片黑子群上发生明亮的闪光,呈现新月形,卡林顿很兴奋地喊其他人来看,但却发现这个闪光仅仅持续5分钟。卡林顿以为他看到的是一颗大陨石落到太阳上发出的光芒,但随后发生的现象让他否定了这个想法。就在当天和第二天,从两极到热带地区的很多人都看到了非常明亮而绚烂的极光现象,甚至在夏威夷、古巴、巴哈马的夜里都可以看报纸。很多报务员发现他们的电报机无缘无故地发出了电火花,电报业务陷入停顿。幸好当时的电器使用还不普遍,没有产生更大的灾难。

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                                  德国天文学家卡林顿记录的太阳耀斑,可能是迄今最强的一次

 这次的“卡林顿事件”让天文学家认识到的太阳活动对地球的巨大影响,那天上午卡林顿所看到的就是一次巨大的太阳耀斑。卡林顿和同时代的几位天文学家通过多年的观测,发现太阳黑子数量存在大约11年的周期,黑子的“存活”事件为几天到几个星期不等。每个周期开始的时候,太阳黑子在太阳表面的中纬度出现(平均约35度),随后出现的黑子位置逐渐靠近赤道最终到达纬度约5度的地方。在前一个周期的黑子将要完全消失后的时候,下一周期的黑子又在中纬度开始出现。

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                                                太阳黑子出现位置的蝴蝶图反应了太阳活动周期

 在这11年的周期中,从太阳达到地球的能量变化仅仅为千分之一。今天的科学家们认为,就是这千分之一的能量,可能对地球的天气和气候变化产生了巨大的影响,在树木的年轮中可以分辨出来这种影响。尤其是对于电气化、信息化程度极大提高的今天,来自太阳耀斑的影响更加不容忽视。

 太阳耀斑就是卡林顿所看到的巨大闪光,在黑子群附近经常会发生耀斑现象。太阳黑子附近时太阳磁场比较集中的地方,磁场中束缚了大量的能量,当逐渐积累的能量冲破磁场束缚,冲向宇宙空间的时候,就是一次耀斑事件,或者称之为“日冕物质抛射”。耀斑事件不但包含强烈的紫外线、X射线和伽玛射线等电磁波,还有各种高能的带电粒子流,这种粒子流的冲击,一般被形象地称为“太阳风暴”。

 我们的地球是一艘停泊在太阳附近的“宇宙飞船”,造物主恩赐给我们很好的防护,在接受太阳送来的光和热的同时,可以避免太阳风暴的伤害。大气层吸收了大部分射线,地球磁场则将来自太阳的大部分高能粒子流输送到两极附近,由于粒子流和高层大气的相互作用而产生美丽的极光。但再好的防护也有失灵的时候,强大的耀斑带来的粒子流会干扰电离层,对电波通讯产生干扰甚至中断。尤其是对于人造卫星和宇宙飞船来说,强烈的粒子流将会损坏仪器,威胁宇航员的安全。

 第二次世界大战中,德国司令部一名无线电报务员在执行任务时通讯突然中断,无法传递信息而导致战斗失败,因而被军事法庭处决;但事后的调查表明,这次事故很有可能是由于太阳耀斑爆发造成,可怜的报务员却做了无辜的冤死鬼。1989年3月加拿大魁北克省遭遇太阳风暴的袭击,导致大面积停电长达9小时之久。

 然而太阳耀斑的发生却并不是均匀的,难以做到长时间的提前预报,而且越是在太阳活动的高峰年,太阳风暴越是频繁。人类已经发射了数十颗卫星专门对太阳进行监测,实现了24小时全天候监测,在1995年发射的SOHO卫星,就实现了提前半小时队太阳风暴发布警报,其后又发射了ACE、TRACE、STEREO等卫星,可以更快地对空间天气进行监测,短期预报越来越靠谱了,所以今天我们在天气预报节目中看到“空间天气预报”,在不久之前,这还只是航天、通讯等部门才能享有专利。

 但是在长期预报方面进展却困难重重,预言下一个太阳活动周的活动水平从来都不是一个简单的任务,上世纪50年代,科学家们曾预言第19周期的活动应该相对较弱,但事实证明那个周期是有史以来最强烈的一次,强劲的太阳风暴频频出现。刚结束的第23太阳活动周开始于1995年8月,理论上应该在2006年左右结束,然而一直到2008年,科学家们都不能肯定第23周是否终结,因为太阳表面异常平静,标志第24周开始的太阳黑子迟迟不肯出现,这令科学家们多次发出的“第24太阳活动周已经开始”的预测成为错误的警报。不过当前天文学家已经观测到一些太阳黑子出现的纬度以及太阳磁场行为符合第24周的特征,日震学研究也表明太阳内部的气体流动形态与第23周早期相似,正如有的科学家表示:“新的太阳活动周可能用了更长时间才来到太阳表面,但它已经在路上了。”

 即使是当前科学家们谨慎地表示第24太阳活动周已经开始,他们也发现,现在的太阳黑子活动水平异乎寻常得低。实际上从2004年到2009年5月,已经有六百多天在太阳表面没有看到黑子了,太阳磁场活动和太阳风也比以往弱得多,这让很多科学家怀疑太阳活动即将进入另一个“蒙德极小期”。

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                                  历史上的蒙德极小期(Maunder Minimum,1645——1715),太阳黑子消失了。

 历史可能又一次发生了重复。在1609年伽利略第一次观测到太阳黑子不久,太阳就几乎停止了产生黑子,从1645年到1715年长达70年里,太阳表面几乎没有黑子,这被称为“蒙德极小期”。太阳活动的停顿导致太阳输出能量减少,尽管比例很低,但对于地球来说,影响却是巨大的,当时的地球进入“小冰川期”,其后寒冷,农作物严重减产,很多地方发生饥荒。NASA科学家通过调查发现,过去一万年中,太阳有七分之一的时间都处在这种“极小期”中,而当前还没有科学家知道为什么会有这样的活动变化,太阳这个“发电机”的工作原来对于我们来说还是一个黑匣子。

 这说明我们对于太阳的认识还很肤浅,对于太阳的深层次结构和长期变化还缺乏了解。实际上第24太阳活动周预报委员会已经于2009年5月8日发布了预报修改稿,首先这次太阳活动极小期应该是在2008年12月,比此前发布的预报晚了9个月,其次,第24周的太阳活动极大期活动强度可能相对较弱,最后,2013年5月可能才是太阳活动的峰值到来的时间。

 有NASA的科学家表示,这可能是又一次“蒙德极小期”(长达数十年的太阳活动平静期)到来之前的最后一个太阳活动周,这虽然可能让我们将来看不到美丽的极光,但由此造成的太阳辐射能量降低有可能部分弥补人类的温室效应造成的全球变暖,这未必不是另一种意义上的“因祸得福”。

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                                                                                          第24周太阳活动的预言————未有定论

因此对于2012年可能出现的太阳风暴,公众完全没有必要惊慌,一则日益完善的空间天气预报系统可以让我们提前做好准备,避免严重的损失,二则对于太阳了解的不完善,这个警报可能是一次虚假警报。

 不过一个真实的警报是:对于太阳,我们可得好好研究一下了。

 

拓展阅读

 国家天文台太阳活动预报中心http://rwcc.bao.ac.cn/

太阳活动周期预报http://solarscience.msfc.nasa.gov/predict.shtml

第24太阳活动周预报http://science.nasa.gov/headlines/y2009/29may_noaaprediction.htm

1859卡林顿事件http://science.nasa.gov/headlines/y2008/06may_carringtonflare.htm

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