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太阳风暴-何香涛_百家讲坛之宇宙与

时间:2020-01-30 理论教育 联系我们
太阳风暴-何香涛_百家讲坛宇宙

主讲人简介

何香涛,北京师范大学天 文系 教授,博士生导师。多年来著作甚丰,曾任北京天文学会理事长。

内容简介

一想到太阳,大家马上就联想到温暖和阳光,对于太阳来讲,古今中外各个民族都对太阳是一片歌颂声,我们说太阳哺育着大地,太阳哺育着我们的地球植物万物生长靠太阳。的的确确是这样,太阳是非常非常重要。有一句俗话说,说是离了谁地球都可以转,但是要离了太阳,地球可就转不动了。你们可以想像一下是不是这样,所以太阳的优点是非常多的。但是尽管这么说,我们说任何一件事情,都不可能是十全十美的,如果说太阳的优点有99.9%,那么毕竟还有0.1%是缺点。今天我们就讲讲太阳的缺点,太阳对我们人类来讲,都是好处,惟有今天我讲这个题目不是那么十全十美,是什么呢?叫太阳风暴,太阳风暴主要是由太阳上各种活动区的爆发形成的。历史上太阳风暴曾经对人类的生活产生影响,随着科学技术的普及,太阳风暴对地球的影响开始显著。因为它能对地球的地磁产生影响,进而影响人类的通讯系统,虽然现在由于人类的通讯很多都采用卫星,但强烈的太阳风暴也会对卫星的通讯形成不良影响。但是一般的太阳风暴对卫星通讯产生不了太太的影响了。但了解太阳风暴,研究太阳风暴,仍然是人类一项重要的科技任务。

太阳风暴可以跨越一亿五千万公里影响地球,产生太阳风暴时引发的火焰可以喷出几十万公里远,自然的奇妙令人惊叹。北京师范大学天 文系 教授何香涛,将为您讲述《太阳风暴》。

全文

一想到太阳,大家马上就联想到温暖和阳光。对于太阳来讲,古今中外各个民族都对太阳是一片歌颂声。我们说太阳哺育着大地,太阳哺育着我们的地球、植物,万物生长靠太阳。有一句俗话说,说是离了谁地球都可以转,但是要离了太阳,地球可就转不动了。所以太阳的优点是非常多的,尽管这么说,我们说任何一件事情,都不可能是十全十美的。如果说太阳的优点有99.9%,那么毕竟还有0.1%是缺点。今天我们就讲讲太阳的缺点,就是太阳对我们人类来讲,都是好处。惟有今天我讲这个题目不是那么十全十美,是什么呢?太阳风暴。你们看这个画面上,实际上这段画面不是人工画的,这是真实拍照的。上面那个火焰大家可以看到,那是太阳上边真实的火焰,当然这是用望远镜来拍的,不是我们肉眼看到的。那么这个火焰都有几十万公里,也就是说远远比我们地球要大得多。

那么我为了讲清楚太阳风暴,我们先把太阳做一个简单介绍,我们说太阳是非常壮观的。我们平常看的太阳就是这个样子,这就是我们平常看到的太阳,我们管它叫做光球,如果你们看一下的话,这个光球上边有一些黑的地方,这就叫做太阳黑子。当然还有其他的一些细节,这黑子还挺多。这就是我们平常眼睛看到的这个太阳,非常明亮的,我们管它叫光球。那简单来说,太阳可以分成三层,就是我们平常普通看到的,这个就叫做光球。那就是发光,太阳的主要的光都是从这儿来的,所以我们叫做光球。除了光球以外呢,还有一层,我们叫做色球。,就是比太阳更高层,叫做色球。为什么叫色球呢?它的颜色,从总的颜色来讲,是偏红的,是带颜色的,所以叫色球。当然色球上有很多东西,有很多结构,像这些结构呢,我们马上会提到,就是耀斑等等。周围还可以拍到一些它喷射的火焰,这个叫日珥。这就说这是色球,在太阳的高层,这个一般我们用肉眼是看不到的。那么再外面一层叫做日冕,这个日冕你一看就知道,这是日全食时候拍到的。日全食的时候大家知道,月亮把太阳挡住了,太阳看不到了。但是周围还有一圈非常漂亮发白颜色的光,这个叫日冕。这个日冕可大可小,跟太阳的活动有关系。

太阳我们一般人类感觉到的,太阳怎么样呢?就是给我们温暖,给我们阳光,这是我们感觉到的。除此之外太阳还在这地方不停地向我们吹风,我们管它叫做太阳风。这个风是风和日丽,一般吹来,影响都不大。除了一般地给我们吹风以外,它还要吹比较厉害的风,就像我们刮沙尘暴一样。平常的风给我们吹没关系,但是要出太阳风暴,那就受不了!那么人类什么时间发现了太阳风暴呢?二次世界大战发现的,大家知道二次世界大战期间,德国非常地猖狂,把整个欧洲都给占领了,惟有一个国家它没有占领,就是英国。德国人不甘心,就经常派飞机去轰炸英国,可是,后来德国人就发现,德国人每次到英国去的时候,英国就知道了。这飞机要来,防备得非常好,那么英国为什么能防备呢?它主要是发展了雷达的技术,可是德国人不知道。当时德国纳粹第二号人物叫格林,他就怀疑是不是纳粹党里边出叛徒了,把每次派飞机的情报告诉英国,实际上不是,英国有海岸的警戒雷达,可是突然有一天英国海岸警戒雷达也失灵了,来飞机看不见了,那么英国人也怀疑,哎呀!是不是德国有什么间谍打到我这里边来给我破坏了,也不敢吭声。等二次世界大战完了以后,英国才把这个秘密泄露,就是当时破坏英国海岸警戒雷达的,不是德国的间谍,而是太阳。就是太阳发怒了,太阳风暴给它破坏了。这个是1942年,所以这个就作为天文上边真正看到,从天体发来的巨大的无线电波的一个纪念。那么这是第一次人类感受到太阳风暴的危害,所以,我们就说一下太阳风和太阳风暴,我们先说太阳风。

我们看到的太阳发来的光这都是无线电波,这个不叫太阳风。那么除此之外,太阳还老在不停地向我们吹风,这个叫太阳风,那么太阳风是怎么产生的呢?大家看一个图就知道了,这就是太阳喷发出来的一些离子流,吹到我们这儿来了。那这边表示是地球,因为地球有磁场,来了以后这个风就从地球的周围,就吹过去了,这个就是太阳风。那最早提出太阳风概念的,是美国一个天文学家叫帕克,提出太阳风的概念。有了太阳风以后,这个概念提出来以后,大家就意识到太阳风可能很重要,所以就进行研究。那么吹太阳风有没有证据,有证据,我列了三项主要的证据,就是太阳风的证据,第一个是叫极光。极光很漂亮,我们看几个极光的照片,这就是极光的照片,这也是极光的照片,非常漂亮。所谓叫极光,主要指的是在两极,因为我们人类大部分都在北半球活动的多,所以一般叫北极光,实际上南极也有,南极光也有,两极都有。因为太阳风吹来以后,太阳风主要都是一些带电的离子,所以风吹出来的时候,它是集中在地球的两极,北极和南极,那么带电的离子来了以后,侵入到地球,因为是带电离子,那么沿着磁力线走,然后和地球大气一撞击,就发光了,这就是所谓叫做极光。除了极光以外,我还提到了,还有什么呢?黄道光,我们知道,我们的地球绕着太阳旋转,是在大体上一个平面上面,九大行星绕太阳旋转,都在一个大体平面上,什么平面呢?我们叫黄道面,所以这个太阳风吹来的话,也是沿着黄道面吹来的。有很多就到了我们地球的两极了,其中就产生极光,有的就在黄道面上,平着就吹过来了,那就是正好在黄道方向,能够看到光,这个就叫黄道光。此外我们说第三个证据,就是彗尾,彗星的尾巴。你看这个彗星的尾巴有个特点,都背向太阳,这是彗星被太阳烤热以后蒸发,蒸发以后它的尾巴就背向太阳,背向太阳的原因,一个是有光压,光有压力把它往后吹,另外有太阳风,因为太阳从外边,四周吹风,就把彗星的尾巴,就吹得背向太阳,这些都证明了太阳在不停地向外刮风,我们管它叫做太阳风,那么太阳刮风的话,因为它是不停地在刮,那这个风来自什么地方呢?主要的来自太阳的日冕,就是最外层,就是正常的刮风,从日冕层就吹出来了,这个对我们地球来讲,几乎是没有什么影响,或者说是影响非常非常小,就是正常的刮风,除此之外还有厉害的,就叫做太阳风暴。那太阳风暴来自什么地方呢?主要来自太阳活动区的爆发,我们说太阳不是那么平静的,上面有各种各样的活动区,就是活动的东西。这些活动区要是一爆发,一发怒,从这个地方喷发出来,有时候在日冕层再给加速一下等等,这样来的,就厉害了,这就叫做什么呢?太阳风暴,就像我们地球上一样,平常刮风没关系,但是要刮成什么,刮成沙尘暴就受不了。而这个沙尘暴它不是说这个风里边都有沙尘暴,其实是有一个沙尘暴的源,就是一个地方搞得不好,这地方生态破坏特别严重。所以那个地方出现沙尘暴了。所以我们类比的话,也就相当于太阳上有个别的活动区,它突然活动激烈,喷发出来,这样出来的话就是太阳风暴。太阳上有哪些活动区呢?(ivsnet.com)

第一个我们就说到叫太阳黑子,这是我们人类最容易看到的,这就是一个太阳黑子的局部照片。我们说太阳上这个黑子出现还是挺多,出现的机会挺多。但是有些个别大的太阳黑子,要出现的话,就有可能引发太阳风暴。你看这个黑子有一定的结构,中间是黑的,然后周围呢,颜色浅一点,我们管它叫太阳黑子。实际上这个黑子黑不黑?你要单把太阳黑子拿出来,一点也不黑。我们说太阳的表面温度是多少度呢?六千度,这个黑子的表面温度大约是四千多度,或者是不到五千度,或者五千度左右。也就是说这个黑子的表面温度比太阳的温度低了一千多度,所以一反差我们看上去是变成黑子了,假如说真要是有一天太阳变成太阳黑子了,你看上去还是非常亮的一个太阳,变化不是很大,才差了一千度。你看黑子周围有一个细节,我让你看一下,你注意一下黑子周围,一个颗粒接着一个颗粒的。这个叫什么呢?叫米粒组织,这个在太阳光球里面也可以看到。这个米粒组织是什么呢?简单讲就是我们粥锅开锅了,这个粥开锅了,它一样,也是往上翻,翻出来一个一个的米粒,不过它这个“米”比咱们煮粥的那个米可就大多了,这一个米粒有多大呢?有几百公里,也可以到一千公里,就这一颗米粒,就有几百公里到一千公里,这就是米粒组织。那么我顺便说一下,如果这个地方的空气条件什么等等非常非常好,那就可以弄一个非常小的望远镜,就可以看到米粒组织,那就要求条件很好,我这个当地的空气非常好,就是大气宁静,光线非常好就可以看到。所以这个米粒组织不是说随便放一个望远镜就能看到,还要求这个观测的地点也非常好,所以我们要想看太阳看得好,一般选到湖边的地方,或者周围有森林的地方等等非常宁静的地方,才能看得非常清楚,不管怎么说,太阳上经常出现的一种现象,就是太阳黑子,如果有个别大的太阳黑子出现,就预示着有可能出现太阳风暴。所以这是太阳活动区的一个主要的一项叫太阳黑子,中国古代就有太阳黑子的记录,不但看到了,大小都给你估算出来了,位置都知道了,就这种黑子记录在我们国家有二百多次,那同学可能就要问了,他怎么看到,我怎么看不到,说明我们古代人很聪明,就是说他注意观察天象,你看他什么时间看呢,他叫“日出黄”,他就在日出和日没的时候,正好那个太阳刚出来,有一层薄云或者薄雾挡着,要不然你拿眼睛看着太阳也受刺激,那么看见以后,就可以记录太阳黑子。据说古代人还有一种办法看这个太阳黑子,怎么看呢?弄一个大脸盆,脸盆里边放上水,这个太阳在水上面一映照,反射一个太阳像,上边就看到有黑子,所以我们古代人真聪明,真正有记录的,我们记录多少次,二百多次,那真是了不起,就是说我们的祖先对于天象来讲非常关心,也非常聪明,包括太阳黑子都能看见,这是真不容易。

我们说除了太阳黑子的影响以外,另外还有一个影响出现太阳风暴的一个活动区,我们管它叫做太阳耀斑。引发太阳风暴主要的直接的原因往往不是太阳黑子,往往直接的是什么呢?太阳耀斑。所以太阳耀斑的监测,比监测太阳黑子还重要,当然太阳耀斑监测需要更好的仪器,要有一个望远镜,这个望远镜是专门看色球的,所以我们管它叫做色球望远镜。这个监视太阳耀斑,就比较容易监视。当然除了在地面上监视以外,我们还可以到太空里面去监视,放一个太空的望远镜来监视这个耀斑。我们看另外一个耀斑,这是另外一个耀斑,这是有几秒钟的爆发现象。这是又一个耀斑,局部的一个耀斑。你看这个耀斑非常非常的明亮,那么耀斑的旁边,那个黑的下边就是太阳黑子,所以这个耀斑往往就与太阳黑子重叠出现,耀斑基本上是我们太阳风暴的一个加速的一个关键的一个机制。因为耀斑里边温度特别高,磁场强度特别强。它的磁力线的结构也非常突出,所以很适合就造成一个发动机一样往外喷发,当然除了耀斑以外还有其他的东西。

比方说太阳日珥,太阳日珥就是从太阳的四周喷发的火焰,这就是一个典型的太阳日珥。这个日珥的高度有多高呢?三十七万公里。日珥的高度有这么高,那么这种日珥喷发,也有可能引发太阳风暴。这是另外一个,又是日珥,又显示耀斑。你看这个地方,亮的是耀斑,这个地方喷射的巨大的火焰就是日珥,就是说连耀斑带日珥一起从太阳就喷发出来。此外,除了我说的,黑子耀斑和日珥以外,还有其他的各种活动区,很多。我们看一下,比方说你看这个到处都在放光,都在喷发,这也是一个真实的照片。有其他的活动区来喷发的,还有这个是从日冕喷发出来的叫日冕环。这可不是一个水的喷泉,但是看上去像喷泉一样,非常漂亮。这是真实的照片,从日冕里边喷发出来的一些日冕环,这个也能够引起太阳风的异常。

这张照片我让你综合看一下,就说看一下各种活动区。那就告诉你,你看一下,我这半边是显示的光球,你看上面有黑子,这半边显示的是色球,这些最亮的就是耀斑,此外我周围显示的就是日珥的喷发等等,那角上这个是,这个位置的一个局部的用x射线光拍的,一个明亮的大耀斑,也就是说这个太阳上边,有好多个活动区,都可以引发太阳的剧烈爆发。然后造成太阳风暴,喷发到我们地球上,所以造成太阳风暴的太阳上的各种活动区还是很多的,但是比较集中的,原因最直接的。我提了,就是耀斑,像这一个就是耀斑,所以我们现在监测太阳风和太阳风暴,正常情况下我们用太阳黑子就可以。但是呢,这太阳黑子往往还不是直接,可能是一个前导,我们看的太阳黑子数多了,有可能出现太阳风暴,我们就抓紧监测,那么主要监测还是通过色球层来监测,还有通过高空卫星里边监测,x射线辐射来监测,那么监测的对象,我一再强调主要一个对象之一就是耀斑,这个往往是更重要的,这样我们就可以监测太阳的活动,特别是监测太阳风暴的活动。

好了,那么我们说太阳风暴对我们地面有这么大的危害,为什么呢?实际上太阳风暴刮来的速度,并不是很高,我们知道最快的速度是什么?电磁波。从太阳发的光到我们这儿来,这速度最快,其他都是些带电的离子,太阳风暴来得危害为什么比较大呢?我们看一下它的组成就知道了,这些都是正常的风,但是变成太阳风暴以后,它这个成分就有所变化,这个变化的主要特点,就是它的辐射,突然增强。就是一块云团,真是像一块沙尘暴一样。整个一个云团就过来了,所以这种现象对地球就有危害了。强的电磁辐射来了以后,那地面就受影响了,那么高能的离子流要来得太多,地面也要受影响。等离子体云来了以后,更要受影响。

我可以讲几个具体的例子,据说二十世纪六十年代初的时候,我们周总理去访问非洲。访问过程中,突然跟周总理座机的联系就中断了,那当然非常担心了,我们敬爱的总理在那儿访问,会不会有敌人破坏等等。后来就发现不是,是太阳有风暴骚扰,影响了地面的通讯。这就是说太阳风暴的影响,所以前些年通讯部门对太阳风暴非常关心,经常问太阳有没有问题?一有问题我这通讯就不灵了等等。那么现在我们的通讯水平提高了,受太阳风暴的影响会小一些。但是即便如此,也受影响。一般的太阳风暴我们影响就力度不是那么大了,原因是我们现在通讯水平提高了。可是这个太阳风暴要特别强的时候,我们地球上还是顶不住,目前的科技还是受影响。

那么一般说来,太阳风暴都有哪些影响和危害呢?我们可以总结一下,一件事情是干扰太空。第二它是干扰地磁,我们知道地球是有磁性的,有指南针南极北极有磁场,这个磁场用处还是很多的。我们通过测量磁场了解地球的一些活动,甚至说通过磁场有异常的话,我们还可以监视地震等等。所以这个磁场是很有用的,如果有了太阳风暴以后,这个地磁场就会受干扰,发生地磁暴。各种干扰很多,这是对我们地球磁场有直接的干扰。还有一条呢,这是对我们人类直接有关系的,什么呢?就是影响卫星的运转和通讯,关于通讯这一部分我要解释一下,因为这个太阳风来了以后,首先就打到什么地方呢?是打到我们地球的表层,这个太阳风比较难说先打到人身上,因为还要通过一个地球大气,在通过地球表层的时候,我们的地球非常好。我们的地球大气就是给地球穿了一件衣服,保护着我们,要不然在远古历史上,在地球的发展史上,太阳的风暴肯定很多,没有把我们地球摧垮,主要原因是什么呢?我们地球有个大气,在这保护着呢,没关系。那么太阳风来了,或者太阳风暴来了,首先打击的是什么?是我们地球的高层大气,其中有一层叫做电离层。为什么叫电离层?这一层就是由太阳风的离子把我们地球高层大气给电离了,就这意思,这一层除了保护我们地球以外,还有一个很重要的作用,因为它是电离的这一层,所以它有一个功能,有个什么功能呢?就是电磁波可以反射,简单说,电磁波只要打到这个电离层上去,它就可以反射下来。这一件事情对我们地面的通讯非常重要,所以我们这个地面的通讯特别是远距离的通讯,都要通过电离层来反射。就是我这地方有个发射站,发上去,电离层然后反射,像接力一样就打到那个地方去,就可以了。我刚才说的周总理的座机在那儿出问题,就是这个电离层被干扰了。电离层由于太阳风来了以后,电离层的电离度就发生变化,它的高度也发生变化,那你这个反射面就怎么样?就变了。所以你再打上去再打下来,下边就接不到了,信号就不好了,这就是说有这个影响。

那么讲到这儿我就要问一个问题,这个太阳风暴会中止吗?有太阳风暴多麻烦,能不能让太阳风暴中止?我们说太阳风暴中止不了,只要有太阳,就有太阳风暴,就有太阳风,太阳存在一天,太阳风就存在一天。太阳风暴来的可能性就存在,所以是永远不会中止。那什么时候能中止呢?太阳不发光了、就中止了。太阳只要发光,就不能够中止。

那么太阳任何事情都有个终结,太阳会不会变老呢?也会,对太阳来讲的话,年老以后呢,就越来越老,等里边的氢燃烧得差不多了,这个太阳会变成一个红巨星。那么变成红巨星呢,有可能要引发一次爆发。这太阳可能要爆发,那么太阳要爆发一下,我们人类可就受不了。不过这个时间还很遥远,我们说现在太阳的年龄大约就是五十亿年,非常简单,五十亿年。太阳的寿命有多少呢?一百亿年,非常好记,一百亿年。也就是太阳还有多长时间活呢?还有五十亿年。所以我们尽管放心,五十亿年没有问题。但是你得考虑五十年以后的事情,如果以后呢,太阳要是爆发,有可能变成一个红巨星,这是目前我们观测一个红巨星,叫心宿二。你看一下,这边对比一下,这个是太阳系,就是我们太阳系加在一起,都没有这个红巨星大。所以太阳真要爆发一下,我们这个地球的位置就不行了,我们得想办法赶紧搬家。那是以后的事情了,现在不用着急。可是太阳风暴,我想我们还得关心,为什么还得关心呢?因为我们现在人类的科学技术发展实在是太快了,到太空去旅游都有可能。当然现在我们要学杨利伟出去一趟很难,如果登一次月更难!但是说不定呢,在有不远的将来,可能人类就可以到月球上去没问题,已经有人去过了。也可以到火星上去,就是将来就可能有宇宙的旅游公司,买张票我们就到月球上去了。这时候太阳的风暴就关心了,现在你们出门旅游的话,看什么?看天气预报,天气预报不好不敢去。如果将来你们要到月球和火星去旅游,你最关心的是什么?太空的天气预报,而太空的天气预报主要是来自什么?来自太阳。所以我相信到那会儿的话,大家对太阳风暴那就是更加关心了。

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