正文
太阳耀斑威力有多大
太阳耀斑是什么
太阳耀斑是一种最剧烈的太阳活动。一般认为发生在色球层中,所以也叫“色球爆发”。其主要观测特征是,日面上(常在黑子群上空)突然出现迅速发展的亮斑闪耀,其寿命仅在几分钟到几十分钟之间,亮度上升迅速,下降较慢。特别是在,耀斑出现频繁且强度变强。
别看它只是一个亮点,一旦出现,简直是一次惊天动地的大爆发。这一增亮释放的能量相当于10万至100万次强火山爆发的总能量,或相当于上百亿枚百吨级氢弹的爆炸;而一次较大的耀斑爆发,在一二十分钟内可释放巨大能量,除了日面局部突然增亮的现象外,耀斑更主要表现在从射电波段直到X射线的辐射通量的突然增强;耀斑所发射的辐射种类繁多,除可见光外,有紫外线、X射线和伽玛射线,有红外线和射电辐射,还有冲击波和高能粒子流,甚至有能量特高的宇宙射线。
耀斑对地球空间环境造成很大影响。太阳色球层中一声爆炸,地球大气层即刻出现缭绕余音。耀斑爆发时,发出大量的高能粒子到达地球轨道附近时,将会严重危及宇宙飞行器内的宇航员和仪器的安全。当耀斑辐射来到地球附近时,与大气分子发生剧烈碰撞,破坏电离层,使它失去反射无线电电波的功能。无线电通信尤其是短波通信,以及电视台、电台广播,会受到干扰甚至中断。耀斑发射的高能带电粒子流与地球高层大气作用,产生极光,并干扰地球磁场而引起磁暴。
此外,耀斑对气象和水文等方面也有着不同程度的直接或间接影响。正因为如此,人们对耀斑爆发的探测和预报的关切程度与日俱增,正在努力揭开耀斑迷宫的奥秘。
传说,第二次世界大战时,有一天,德国前线战事吃紧,后方德军司令部报务员布鲁克正在繁忙地操纵无线电台,传达命令。突然,耳机里的声音没有了。他检查机器,电台完整无损;拨动旋钮,改变频率,仍然无济于事。结果,前线失去联系,像群龙无首似的陷入一片混乱,战役以失败而告终。布鲁克因此受到军事法庭判处死刑。他仰天呼喊“冤枉!冤枉!”后来查清,这次无线电中断,“罪魁祸首”是耀斑。布鲁克的死,实在冤枉。他的死,在于人们当时对耀斑还不了解。
03年10月底11月初,科学家目睹了一场有记录以来最大的太阳耀斑爆发。这些带电粒子大规模地倾泻而出,即使在地球以及地球周围的空间里也显而易见——这里距离源头整整有1.5亿千米远。举例来说,突击到我们邻近空间中的粒子,它们的轰击有时会非常强大,以至于许多科学卫星和通信卫星不得不暂时关闭,少数还遭到永久性的损伤。同样,国际空间站的宇航员也面临着危险,不得不到空间站上防护相对较好的服务舱中寻求庇护。在地球上,定期航班避开了高空航线,因为在那里,飞行员可能会遇到无线电通讯方面的问题,乘客和乘务人员可能吸收到的辐射剂量令人担忧。电网也不得不严格监控电涌。尽管有了这些努力,瑞典南部的5万户居民还是短暂地失去了电力供应。
幸运的是,即使与最糟糕的太阳风暴狭路相逢,地球的磁场和大气层也可以保护地球上绝大多数的人免遭蹂躏。但是社会对科技的依赖日益加深,使得在某种程度上,几乎每个人都容易遭受攻击。在大耀斑爆发的过程中,最大的潜在破坏来自那些高速射离太阳外层大气的物质——在空间物理学家的术语中,它们被称为“日冕物质抛射”。其中一些抛射事件会将巨量的电离气体送入与地球相撞的轨道中,就像2003年多次异常巨大的耀斑爆发那样。
尽管科学家一直想弄清楚是什么引起了耀斑爆发和日冕物质抛射(它总是伴随着众多耀斑出现),但只有在大约最近十年中,观测才达到足够的水准,足以揭露出它们的纷繁复杂,阐明它们背后的物理机制。这多亏了20世纪90年代引入的一些新技术。结果证明,问题的关键在于磁力线突然的重新排布,这种现象被称为重联。
太阳的超级耀斑
1、美国科学家表示,恒星耀斑是宇宙恒星最猛烈的磁爆发,可以使得包括地球在内的许多星体受到高速亚原子粒子的轰击。地球的大气层和磁场可以阻挡普通耀斑潜在的致命影响,一些看上去非常普通、与太阳相似的恒星,耀斑的瞬间亮度相当于太阳耀斑亮度的数十倍乃至上亿倍。虽然有充分的证据表明我们的太阳不会出现这样的超级耀斑,但是科学家们目前尚不清楚宇宙中为何会出现超级耀斑。许多与太阳相似的恒星都要经历一个延长的休眠期,其亮度在休眠期内减少约1%,这个比例听起来并不大,但却会使地球进入另一个冰期。地球近1万年来出现的19次主要寒冷期,有17次是因为太阳活动减弱造成的。
2、太阳目前是一颗非常稳定的星体,暂时不会爆发如此强烈的耀斑。而飞马座中的这颗恒星距离地球约有135光年,这使得我们免于遭受到巨大能量的冲击。这次爆发的恒星耀班能量如此强大,以至于我们最初认为是一颗恒星发生了爆炸。对于太阳耀斑,我们已经了解的比较详细,但对于其它恒星的耀斑,我们却知之甚少,这次观测到的耀斑是一个很好的样本。
3、当恒星耀斑剧烈活动时,它们可以向地球空间抛射几十亿到几百亿吨的高温等离子体,这些被抛射的物质可以压缩地球的磁层,使得原本处于磁层保护下的地球完全暴露在高能粒子的直接轰击下。这些高能电子和质子会使地球生物、卫星等受到致命的损害。2000年7月曾爆发一次恒星耀斑,这是几十年来发生的能量最大的一次恒星耀斑,整个地球的物理效应非常明显,地球的电离层受到强烈的干扰,通信中断。在这次耀斑爆发中,国际上有一颗科学卫星因此失去控制,其它还有许多卫星暂时都无法正常工作。如果哪天太阳真的发生了超级耀斑,地球将会被炸为灰烬!
太阳耀斑威力有多大
规模最大的太阳耀斑被称之为“X级耀斑”。太阳耀斑的级别用不同字母代表,按强度从低到高依次为A、B、C、M和X。与描述地震的里氏震级类似,每一个字母代表能量爆发增至上一级的10倍。也就是说,X级耀斑的强度是M级的10倍,C级的100倍。
太阳耀斑分为A、B、C、M、X五级,强度依次增加。其中M、X级耀斑爆发会给近地空间环境带来显著的影响。
耀斑对地球空间环境造成很大影响。太阳色球层中一声爆炸,地球大气层即刻出现缭绕余音。耀斑爆发时,发出大量的高能粒子到达地球轨道附近时,将会严重危及宇宙飞行器内的宇航员和仪器的安全。当耀斑辐射来到地球附近时,与大气分子发生剧烈碰撞,破坏电离层,使它失去反射无线电电波的功能。无线电通信尤其是短波通信,以及电视台、电台广播,会受到干扰甚至中断。耀斑发射的高能带电粒子流与地球高层大气作用,产生极光,并干扰地球磁场而引起磁暴。
此外,耀斑对气象和水文等方面也有着不同程度的直接或间接影响。正因为如此,人们对耀斑爆发的探测和预报的关切程度与日俱增,正在努力揭开耀斑迷宫的奥秘。
传说,第二次世界大战时,有一天,德国前线战事吃紧,后方德军司令部报务员布鲁克正在繁忙地操纵无线电台,传达命令。突然,耳机里的声音没有了。他检查机器,电台完整无损;拨动旋钮,改变频率,仍然无济于事。结果,前线失去联系,像群龙无首似的陷入一片混乱,战役以失败而告终。布鲁克因此受到军事法庭判处死刑。他仰天呼喊“冤枉!冤枉!”后来查清,这次无线电中断,“罪魁祸首”是耀斑。布鲁克的死,实在冤枉。他的死,在于人们当时对耀斑还不了解。
1859年9月1日,两位英国的天文学家分别用高倍望远镜观察太阳。他们同时在一大群形态复杂的黑子群附近,看到了一大片明亮的闪光发射出耀眼的光芒。这片光掠过黑子群,亮度缓慢减弱,直至消失。这就是太阳上最为强烈的活动现象——耀斑。由于这次耀斑特别强大,在白光中也可以见到,所以又叫“白光耀斑”。白光耀斑是极罕见的,它仅仅在太阳活动高峰时才有可能出现。耀斑一般只存在几分钟,个别耀斑能长达几小时。在耀斑出现时要释放大量的能量。一个特大的耀斑释放的总能量高达10^26焦耳,相当于100亿颗百万吨级氢弹爆炸的总能量。耀斑是先在日冕低层开始爆发的,后来下降传到色球。用色球望远镜观测到的是后来的耀斑,或称为次级耀斑。
耀斑按面积分为4级,由1级至4级逐渐增强,小于1级的称亚耀斑。耀斑的显著特征是辐射的品种繁多,不仅有可见光,还有射电波、紫外线、红外线、X射线和伽玛射线。耀斑向外辐射出的大量紫外线、X射线等,到达地球之后,就会严重干扰电离层对电波的吸收和反射作用,使得部分或全部短波无线电波被吸收掉,短波衰弱甚至完全中断。
2003年10月底11月初,科学家目睹了一场有记录以来最大的太阳耀斑(solar flare)爆发。这些带电粒子大规模地倾泻而出,即使在地球以及地球周围的空间里也显而易见——这里距离源头整整有1.5亿千米远。举例来说,突击到我们邻近空间中的粒子,它们的轰击有时会非常强大,以至于许多科学卫星和通信卫星不得不暂时关闭,少数还遭到永久性的损伤。同样,国际空间站的宇航员也面临着危险,不得不到空间站上防护相对较好的服务舱中寻求庇护。在地球上,定期航班避开了高空航线,因为在那里,飞行员可能会遇到无线电通讯方面的问题,乘客和乘务人员可能吸收到的辐射剂量令人担忧。电网也不得不严格监控电涌(surge)。尽管有了这些努力,瑞典南部的5万户居民还是短暂地失去了电力供应。
幸运的是,即使与最糟糕的太阳风狭路相逢,地球的磁场和大气层也可以保护地球上绝大多数的人免遭蹂躏。但是社会对科技的依赖日益加深,使得在某种程度上,几乎每个人都容易遭受攻击[参见《科学美国人》2001年4月号詹姆斯·L·伯奇所著《太空风暴的怒吼》一文]。在大耀斑爆发的过程中,最大的潜在破坏来自那些高速射离太阳外层大气的物质——在空间物理学家的术语中,它们被称为“日冕物质抛射(coronal mass ejections)”。其中一些抛射事件会将巨量的电离气体送入与地球相撞的轨道中,就像2003年多次异常巨大的耀斑爆发那样。