解開太陽活動之謎

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 初中地理 來源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)


隨著第23太陽活動周的結(jié)束,太陽活動又進入了下一個輪回。那么什么是太陽活動,它的現(xiàn)狀怎樣,又將會何去何從呢?

太陽的存在,為地球帶來了光和熱,為地球上各種生命的孕育和演化提供了必要的基本條件。人類使用的巨大部分能源都來自太陽。人類自誕生伊始,就充滿了對太陽的敬畏。從古希臘神話到古瑪雅守護神,都少不了太陽神的蹤跡;而在中國古老的神話傳說中,后羿射日、夸父逐日等等也與太陽有著千絲萬縷的關(guān)系。

太陽,對于地球上的生命來說,確實是一個必不可少、賴以生存,同時又美麗而神秘的天體。然而在茫茫宇宙中,從另一種角度來看,它又是一個平庸無奇、微不足道小家伙,僅僅是宇宙中多得數(shù)不勝數(shù)的恒星中的普通一員,它大約50億歲,是一顆“人到中年”的恒星。

1月23日產(chǎn)生的M8.9級耀斑


由于它距離我們?nèi)绱酥,與我們的生活關(guān)系又是這樣密切,所以人類對于太陽的觀察和探索在很早就開始了。在我國最晚從漢代起就有了世界上最早的太陽黑子記錄。意大利的科學(xué)家伽利略在自制成功了望遠鏡后,也將它對準(zhǔn)了太陽,觀察了太陽黑子。隨著天文學(xué)的發(fā)展,越來越多的科學(xué)家們將自己的目光投向了這顆給予我們光和熱的天體,期望能更多地認識和了解它。

太陽到底是什么?

太陽是一個在自身引力作用下收縮、聚合在一起的熾熱氣體球,自誕生以來已經(jīng)演化了大約50億年。主要由約90%的氫和約10%的氦組成,碳、氮、氧等元素僅占0.1%左右。由于有著極高的溫度,太陽上的氣體都被高度地離子化了。有了離子就會存在電荷,電荷運動就會產(chǎn)生磁場,而磁場反過來又會作用于電荷,從而形成了非常復(fù)雜的太陽磁場。這些帶電粒子在太陽內(nèi)部的磁場中沸騰、翻滾,并隨著太陽的對流運動來到太陽表面,在積累到一定程度后,最終噴薄而出,形成各種美麗壯觀而又會對周圍空間產(chǎn)生重大影響的太陽活動現(xiàn)象。

SDO于4月16日在日面東邊緣觀測到的美麗日珥,這次的日珥爆發(fā)與一個M1.7級耀斑有關(guān)


隨著科技的發(fā)展和觀測手段的不斷提高,人們首先逐漸明晰了太陽的結(jié)構(gòu)。如果有一個帶電粒子產(chǎn)生于太陽的最內(nèi)部,而要運動到太陽的最外部,那么它可要經(jīng)歷重重考驗了。首先它必須克服太陽內(nèi)部的強大引力,沖出日核,然后在太陽的中間層摸爬滾打,到達對流層,在這里幾經(jīng)沉浮后,來到光球?qū)樱谧屛覀兡慷昧怂纳碜撕,再次嬌羞地隱匿到色球?qū),最終身不由己地隨著開放的磁場進入太陽日冕及以外部空間。在這個過程中,它可以先享受從日核內(nèi)部到色球底部的不斷“涼快”的過程,然而進入色球后,它就必須得忍受高溫了,而且越向外運動到日冕層溫度就越高,這才是真正的“烈火焚身”了。

異彩紛呈的太陽活動

由于有著復(fù)雜的內(nèi)部過程,太陽上呈現(xiàn)出多彩多樣的活動現(xiàn)象。

1月23日的M8.9級耀斑產(chǎn)生的日冕物質(zhì)拋射


《漢書?五行志》中說道,“日出黃,有黑氣,大如錢,居日中央!边@便是古人對太陽黑子(Sunspots)的描述。黑子是太陽光球表面(即我們平時肉眼可見的太陽表面)上最容易辨認的現(xiàn)象,由于它的溫度低于光球表面,所以看上去為黑色的斑點。但事實上,即便是黑子,溫度也在上千攝氏度。黑子大多成對、成群出現(xiàn),而太陽活動區(qū)中往往存在大的黑子群。故而太陽活動的程度就能以黑子群的數(shù)量來體現(xiàn)。近現(xiàn)代的天文學(xué)研究發(fā)現(xiàn),太陽黑子呈現(xiàn)出約11年的周期,即從黑子數(shù)很少甚至為零發(fā)展到黑子數(shù)頂峰,然后數(shù)量又逐漸減少至可能為零,這一過程大致經(jīng)歷11年左右。現(xiàn)在的天文學(xué)家們就是以此來確定太陽活動的周期的。

在每一個太陽活動周里,并不是只會出現(xiàn)黑子和黑子群,耀斑、日珥、日冕物質(zhì)拋射等現(xiàn)象也是太陽活動大合唱中的一員。

耀斑(Flare)是太陽表面爆發(fā)的劇烈活動之一。它表現(xiàn)為太陽大氣局部區(qū)域突然短暫增亮的現(xiàn)象,并且常伴有大量帶電粒子的噴射以及電磁輻射,按照級別從小到大依次分為A、B、C、M和X級。耀斑的爆發(fā)經(jīng)常還伴隨有日冕物質(zhì)拋射(CoronalMassEjection,CME),這表現(xiàn)為短時間內(nèi)由太陽日冕快速地向外拋射出大量等離子體物質(zhì),這些等離子體中攜帶有大量的帶電粒子,若傳播到地球附近,則會對地球周圍的空間環(huán)境乃至人類的活動產(chǎn)生一定影響。與耀斑和日冕物質(zhì)拋射有關(guān)的另外一種太陽活動現(xiàn)象稱為日珥(Prominence),這是突出在日面邊緣外的太陽物質(zhì),在日面上,它由于吸收了光球的輻射而表現(xiàn)為暗條(Filament)。日珥也會爆發(fā),屆時,一部分物質(zhì)會被拋射出去,而其余的物質(zhì)則會落回到色球表面。除了這些太陽活動,太陽表面上還存在著光斑、譜斑以及各種大、小尺度的太陽活動現(xiàn)象,它們共同構(gòu)成了整個太陽活動周內(nèi)豐富多彩的活動現(xiàn)象。

新的太陽峰年要來了嗎?

瑞士上空的銀河,地球只是銀河系中小小的一員


太陽活動有約11年的周期,目前,有科學(xué)記載以來的第23太陽活動周已于2009年成為歷史,而第24活動周已經(jīng)悄然向我們走來;仡2009年以來的太陽活動,在經(jīng)歷了兩個周期之間的平靜后,這顆熾熱的氣體球又重新開始活躍起來。

在2009年全年里,大概只有在100天左右的時間里太陽表面上存在黑子。而且在這一年里,太陽表面的耀斑也主要以B級為主,較低的A級和較高的C級都很少,而更高的M級和X級耀斑則一個都沒有。而到了2010年,太陽表面上出現(xiàn)黑子的天數(shù)比2009年翻了一倍,達到了200天左右。太陽上的耀斑仍是以B級為主,但A級耀斑消失了,取而代之的則是C級耀斑數(shù)目的增加。此外,這一年出現(xiàn)了23個M級耀斑,最大的為2月12日的M8.3級耀斑。2010年太陽活動水平整體開始升高,但仍未出現(xiàn)X級耀斑。

隨著時間的推移,的太陽更加活躍起來,全年只有2天沒有黑子出現(xiàn)。M級耀斑增加到了111個,并且于2月15日出現(xiàn)了第24太陽活動周的第一個X級耀斑,為X2.2級。此后的時間里,太陽上又爆發(fā)了8次X級耀斑,最大的達到了X6.9級,這已經(jīng)是相當(dāng)強的太陽爆發(fā)活動了。

進入坊間傳言的世界末日年太陽似乎朝著更活躍的道路上狂飆不止。在北京時間1月23日11點59分,太陽表面活動區(qū)NOAA11402中爆發(fā)了一次M8.9級耀斑,這是以來發(fā)生的最大耀斑,該耀斑隨后引起了地球附近質(zhì)子流量明顯增強,達到了發(fā)生質(zhì)子事件的標(biāo)準(zhǔn)。此外,該活動區(qū)和活動區(qū)NOAA11402里共爆發(fā)了多次M級耀斑和1個X級耀斑,其中一個與耀斑有關(guān)系的日冕物質(zhì)拋射還到了達地球,引起了地球磁場的擾動。在較低緯度的地區(qū)甚至都可以看到平常只有極區(qū)才可見到的極光。由于擔(dān)心地球磁場的擾動可能會影響到衛(wèi)星通訊,有的航空公司還選擇更改了部分航班的航道。到作者截稿時,短短的四個月里,太陽上已爆發(fā)了24個M級耀斑和4個X級耀斑,最大級別為X5.4級,與2011同期相比,算是“超額”完成了爆發(fā)“任務(wù)”。

在接下來的時間里,太陽應(yīng)該會毫無疑問地朝著更活躍的階段邁進,而我們所處的究竟會不會是太陽活動的峰年呢?或者像有的學(xué)者認為的,或者才是真正的太陽活動峰年?科學(xué)界目前仍無法給出確切的答案。另一方面,雖然太陽活動極大年會給人類帶來一定的影響,但決不會是如傳言中的世界末日那樣,大家大可不必驚慌失措。人類歷史上由于太陽活動造成的巨大損失,也不過于1989年的太陽“巴士底”事件,但它也只是造成了北美停電,有一些衛(wèi)星失控等后果,對人類的基本生存并未造成任何威脅。

然而,在去年的美國天文年會上,有科學(xué)家又提出一種驚人的觀點,那就是:從活動周期推算得到的應(yīng)于2020年到來的第25太陽活動周有可能會推遲到來,或者干脆不再出現(xiàn)。太陽有可能再次進入與1645年~1715年的太陽活動平靜期(蒙德極小期)類似的一段時期。在1645年到1715年的這70年間,地球的溫度與正常情況相比明顯偏低,被稱為“小冰河期”。不過,小冰河期的出現(xiàn)與太陽活動偏弱有無關(guān)系、關(guān)系多大,目前科學(xué)界也并沒有統(tǒng)一的認識。所以我們尚無法肯定在未來幾十年里,會不會出現(xiàn)下一個蒙德極小期,或是小冰河期。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,人類對于太陽以及日地環(huán)境和太陽活動對地球影響的研究會更加逐步地深入。目前,人類已經(jīng)建立起了與天氣預(yù)報類似的空間天氣預(yù)報機制,雖然準(zhǔn)確度還有待進一步提高,但畢竟已經(jīng)邁出了關(guān)鍵的一步。相信在不久的將來,人類對于太陽活動會有更加清晰和深入的了解和把握,這將非常有利于防災(zāi)減災(zāi)乃至人類未來的生存和發(fā)展。


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