2012年或?qū)⒂鍪兰o(jì)一遇太陽風(fēng)暴_中國規(guī)劃網(wǎng)—

中國科學(xué)家：太陽風(fēng)暴影響未必嚴(yán)重

　　——專訪中國科學(xué)院國家天文臺(tái)太陽活動(dòng)預(yù)報(bào)中心首席研究員王華寧

　　本報(bào)記者　齊芳

　　近來美國科學(xué)家向世界提出持續(xù)警告：2012年是第24太陽活動(dòng)周峰年，有可能發(fā)生“世紀(jì)一遇”的“超級(jí)太陽風(fēng)暴”，對(duì)地球產(chǎn)生重大影響。“超級(jí)太陽風(fēng)暴”會(huì)不會(huì)發(fā)生？會(huì)給人類帶來哪些影響？近日，本報(bào)記者專訪中國科學(xué)院國家天文臺(tái)太陽活動(dòng)預(yù)報(bào)中心首席研究員王華寧，談?wù)勎覈茖W(xué)家在這一領(lǐng)域的研究成果。

　　記者：太陽活動(dòng)的第24個(gè)周期，是不是太陽活動(dòng)的強(qiáng)周期？

　　王華寧：早在第23個(gè)周期之內(nèi)，也就是1996年到2008年之間，科學(xué)家們就在積極預(yù)測(cè)第24周期的情況。就該周期內(nèi)太陽黑子數(shù)量的高峰值能達(dá)到多少、大概會(huì)出現(xiàn)在哪一年等關(guān)鍵問題，中外科學(xué)家進(jìn)行了大量的研究工作。其中對(duì)太陽黑子數(shù)量高峰值的預(yù)測(cè)出現(xiàn)了嚴(yán)重分歧。

　　2009年之前科學(xué)家預(yù)測(cè)第24周峰值大概會(huì)出現(xiàn)在2012年。但是，2008、2009年以及今年以來的太陽黑子數(shù)監(jiān)測(cè)表明,這段時(shí)間內(nèi)太陽黑子出現(xiàn)頻度處于低迷狀態(tài)。這意味著第24周峰值出現(xiàn)時(shí)間還要推遲。目前我們傾向于認(rèn)為峰值會(huì)出現(xiàn)在2012年下半年或者2013年上半年。當(dāng)然，考慮長期預(yù)測(cè)的誤差，峰值出現(xiàn)在上述預(yù)測(cè)時(shí)期之外也不奇怪。

　　就峰值大小預(yù)測(cè)而言，2009年之前有一部分科學(xué)家傾向于認(rèn)為是第24周期可能是太陽活動(dòng)的強(qiáng)周期。他們采用太陽發(fā)電機(jī)理論模型并結(jié)合黑子觀測(cè)數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)第24周峰值比第23周期高40%。但是這一結(jié)論遭到了另一部分科學(xué)家的反對(duì)，其中包括提出這個(gè)理論模型的印度科學(xué)家。這位印度科學(xué)家和中國科學(xué)家聯(lián)合，用同樣的理論模型進(jìn)行計(jì)算，得出的結(jié)果是第24周期的峰值比第23周低30%。出現(xiàn)這種嚴(yán)重分歧的原因在于如何看待已經(jīng)過去的周期對(duì)未來周期的影響，本質(zhì)上是如何判斷太陽內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)狀況，如何獲取太陽內(nèi)部磁場(chǎng)(黑子)產(chǎn)生區(qū)域的真實(shí)狀態(tài)。綜合近三年太陽黑子數(shù)量的變化情況，目前科學(xué)家普遍認(rèn)為太陽活動(dòng)的第24周期不會(huì)是強(qiáng)周期，而是弱周期。預(yù)測(cè)峰值高低的爭(zhēng)議告一段落。

　　記者：太陽活動(dòng)周期的這種強(qiáng)、弱之分，是不是就意味著“超級(jí)太陽風(fēng)暴”攻擊地球可能性的大小？“太陽風(fēng)暴”的決定因素有哪些？

　　王華寧：這里我們要澄清一個(gè)概念。所謂太陽活動(dòng)周期的強(qiáng)弱，主要指的是太陽黑子數(shù)峰值的多少。在太陽活動(dòng)的一個(gè)周期里，太陽黑子數(shù)量最多的那一年，被稱之為“峰年”。但是，這與是否產(chǎn)生“超級(jí)太陽風(fēng)暴”沒有直接關(guān)聯(lián)。比如1859年的“超級(jí)太陽風(fēng)暴”強(qiáng)度很大，對(duì)地球產(chǎn)生重大影響，強(qiáng)烈干擾了剛剛建立起來的電報(bào)網(wǎng)絡(luò)。但這次“超級(jí)太陽風(fēng)暴”是第10周峰年之前發(fā)生的。

　　太陽風(fēng)暴是指對(duì)地球產(chǎn)生影響的太陽爆發(fā)現(xiàn)象。太陽爆發(fā)種類繁多，衡量爆發(fā)強(qiáng)度的方法也不相同。其中有一種太陽爆發(fā)現(xiàn)象稱為X射線耀斑，主要表現(xiàn)為來自太陽的X射線流量爆發(fā)性增強(qiáng)。按照流量的大小，分為C、M和X三個(gè)級(jí)別。自從1976年以來，人類開始用人造衛(wèi)星對(duì)太陽X射線流量進(jìn)行不間斷監(jiān)測(cè)。這些年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，在太陽的每個(gè)活動(dòng)周期里，都會(huì)出現(xiàn)幾次甚至是十幾次強(qiáng)度較大的X級(jí)“X射線耀斑”。耀斑主要表現(xiàn)為強(qiáng)烈的電磁輻射和高能粒子輻射。電磁輻射約8分鐘后影響地球的向日面，高能粒子大約在數(shù)十分鐘后到達(dá)地球附近的空間。對(duì)地球磁場(chǎng)和大氣影響最大的是日冕物質(zhì)拋射。日冕物質(zhì)拋射過程中上百億噸時(shí)速高達(dá)數(shù)百乃至千公里以上的帶電粒子沖向行星際空間，形成激波陣面。一旦該陣面經(jīng)歷數(shù)十小時(shí)沖向地球，就會(huì)引起強(qiáng)烈的地磁暴和電離層暴。上述變化可能進(jìn)一步引起如下災(zāi)害性事件：宇航員可能受到輻射傷害；衛(wèi)星軌道衰變并過早隕落，星載電子儀器受到嚴(yán)重?fù)p害；電磁遙感測(cè)量在磁暴期間常常發(fā)生錯(cuò)誤；電波路徑發(fā)生位移，GPS定位、導(dǎo)航產(chǎn)生誤差；地面電網(wǎng)和電力設(shè)施遭受沖擊等等。

　　●日冕物質(zhì)拋射形成的激波陣面不直接沖向地球，就不會(huì)對(duì)地球產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

　　●靠近地磁極的國家受到的影響較大。

　　然而并不是說太陽爆發(fā)越強(qiáng)，對(duì)地球的影響就越大。地球在距太陽1億5千萬公里遠(yuǎn)的公轉(zhuǎn)軌道上運(yùn)動(dòng)。如果日冕物質(zhì)拋射形成的激波陣面不直接沖向地球，或者說地球沒在太陽爆發(fā)的直接打擊范圍內(nèi)，就不會(huì)對(duì)地球產(chǎn)生嚴(yán)重影響。比如2003年10月下旬和11月初，太陽上發(fā)生一系列X射線耀斑，并于11月4日觀測(cè)到了近三十年來最大的X射線耀斑(級(jí)別為X28+，超出了衛(wèi)星X射線探測(cè)器的量程)，同時(shí)大量的日冕物質(zhì)拋射現(xiàn)象相繼發(fā)生。然而這些耀斑和日冕物質(zhì)拋射對(duì)地球的影響比不上1989年3月上旬的一系列爆發(fā)事件。當(dāng)時(shí)太陽上也產(chǎn)生了一系列X級(jí)耀斑(最大X15級(jí))和大量的日冕物質(zhì)拋射。這些爆發(fā)事件不僅損壞了一些人造衛(wèi)星，而且導(dǎo)致加拿大魁北克地區(qū)電網(wǎng)崩潰。

　　記者：美國科學(xué)家描繪的“超級(jí)太陽風(fēng)暴”襲擊地球的情況非常可怕，可能會(huì)產(chǎn)生諸如大面積停電、通訊中斷等嚴(yán)重后果。這一切真的會(huì)發(fā)生嗎？

　　王華寧：這種情況是可能發(fā)生的。美國科學(xué)家對(duì)于最壞情況的預(yù)測(cè)并沒有言過其實(shí)、聳人聽聞。因?yàn)?ldquo;太陽風(fēng)暴”對(duì)高技術(shù)系統(tǒng)的打擊尤為嚴(yán)重。在高度依賴信息技術(shù)的今天，如果1859年“太陽風(fēng)暴”再次發(fā)生，的確會(huì)像美國國家科學(xué)院報(bào)告所描述的那樣，給人類社會(huì)帶來巨大災(zāi)難。然而“超級(jí)太陽風(fēng)暴”是百年不遇的災(zāi)害性事件，具有偶然性和突發(fā)性。我們既不能放松對(duì)這種太陽風(fēng)暴的警惕，也不要因此就誤以為世界末日來臨。地球磁場(chǎng)和大氣是地球生物圈的保護(hù)傘，它們屏蔽了大量來自太陽和銀河系的高能粒子對(duì)地球生命的沖擊。如果太陽的“身體狀況”不穩(wěn)定，這個(gè)保護(hù)傘勢(shì)必受到影響。太陽目前正處于青壯年，“身體狀況”良好，為我們的地球家園提供了一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的外部環(huán)境。然而我們不能因此放棄對(duì)太陽“身體狀況”的監(jiān)測(cè)，因?yàn)樯眢w再好的壯年人也會(huì)“偶感風(fēng)寒”。

　　另外，太陽風(fēng)暴對(duì)各國家的影響程度還要取決于該國家所處的位置。一般來說，靠近地磁極的國家受到的影響大。加拿大大部分地區(qū)靠近地磁極，因而很容易受到太陽風(fēng)暴的襲擊。這也是1989年太陽風(fēng)暴導(dǎo)致加大拿魁北克地區(qū)大停電的原因之一。

　　記者：我們國家在空間天氣監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)上，目前處于何種地位？做了哪些工作？

　　王華寧：雖然空間天氣監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)有很強(qiáng)的應(yīng)用目標(biāo)，但涉及眾多基礎(chǔ)研究領(lǐng)域：如太陽物理、空間物理和地球物理等。目前人類對(duì)于太陽風(fēng)暴的預(yù)測(cè)能力還十分有限，原因是我們對(duì)空間天氣過程的認(rèn)識(shí)還處于起步階段。空間天氣的理論、方法和數(shù)據(jù)的全球共享度較高。我國是國際空間環(huán)境服務(wù)(International Space Environem ent Service，ISES)的成員之一。我國在北京時(shí)間每天下午2點(diǎn)向其他成員公布我們的觀測(cè)數(shù)據(jù)，并對(duì)未來48小時(shí)太陽活動(dòng)情況進(jìn)行預(yù)報(bào)，也就是“48小時(shí)時(shí)效、24小時(shí)更新”。同樣我們每天在不同時(shí)間段也會(huì)收到來自其他成員的觀測(cè)數(shù)據(jù)和預(yù)報(bào)結(jié)果。

　　由于地球大氣的影響，地面太陽觀測(cè)精度不能與空間觀測(cè)相比擬。地面單點(diǎn)也不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)太陽監(jiān)測(cè)。因此美國、日本、歐空局在過去數(shù)十年里相繼發(fā)射了幾十顆太陽觀測(cè)衛(wèi)星。其中有日本2006年發(fā)射的口徑為0.5米的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡,用于觀測(cè)太陽大氣和磁場(chǎng)的精細(xì)結(jié)構(gòu)。應(yīng)該說我國的地基太陽觀測(cè)是非常有特點(diǎn)的。相關(guān)理論研究和預(yù)報(bào)模式研究也處于國際前沿。但我國在天基太陽觀測(cè)領(lǐng)域還是空白，至今沒有天基太陽成像觀測(cè)，第一手?jǐn)?shù)據(jù)還要依賴于國際衛(wèi)星數(shù)據(jù)。

　　早在上世紀(jì)80年代末，我國太陽物理專家艾國祥院士領(lǐng)銜提出了“空間太陽望遠(yuǎn)鏡計(jì)劃”。該計(jì)劃擬將1米口徑的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡發(fā)射到太空，用于觀測(cè)太陽大氣和磁場(chǎng)的精細(xì)結(jié)構(gòu)。經(jīng)歷了二十多年的提高和完善，其探測(cè)技術(shù)與科學(xué)目標(biāo)在國際上保持了領(lǐng)先地位。與此空間太陽望遠(yuǎn)鏡相關(guān)的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)已經(jīng)完成。一旦1米口徑光學(xué)望遠(yuǎn)鏡為主體的“空間太陽望遠(yuǎn)鏡”成功實(shí)現(xiàn)太陽觀測(cè)，我國太陽活動(dòng)監(jiān)測(cè)能力和“太陽風(fēng)暴”預(yù)警能力將大幅度提高。

鏈接

　　太陽風(fēng)暴

　　太陽風(fēng)暴是太陽黑子活動(dòng)達(dá)到高潮時(shí)，太陽因能量增加而向太空噴射大量帶電粒子。一次太陽風(fēng)暴在短短的一二十分鐘內(nèi)釋放出的能量，與平時(shí)整個(gè)太陽1秒鐘內(nèi)釋放出的總能量相當(dāng)。太陽風(fēng)暴每11年發(fā)生一次，它往往以每小時(shí)300萬千米的速度闖入太空，有些會(huì)撲向地球，與地球磁場(chǎng)發(fā)生撞擊產(chǎn)生地磁沖擊波。

　　太陽風(fēng)暴會(huì)對(duì)人類生活造成一定破壞。由于太陽風(fēng)暴中的氣團(tuán)主要內(nèi)容是帶電等離子體，因此，它將影響通訊、威脅衛(wèi)星、破壞臭氧層。

　　幾次影響大的太陽風(fēng)暴

　　卡靈頓事件(1859年)

　　是歷史上有記載的最嚴(yán)重的一次太陽風(fēng)暴。因?yàn)橛煳膶W(xué)家理查德·卡靈頓(Ri char d Car r i ng t on)最先發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象，因此這次太陽風(fēng)暴被稱為“卡靈頓事件”。1859年9月1日早晨，卡靈頓用裝著過濾器的望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)太陽黑子時(shí)，發(fā)現(xiàn)太陽表面噴射出了一道明亮的光。這種現(xiàn)象很快就消失了。他并不知道，那團(tuán)明亮的斑點(diǎn)是一團(tuán)帶著電荷的等離子云，正朝著地球的方向疾速飛來。就在幾分鐘內(nèi)，英國格林尼治天文臺(tái)和基烏天文臺(tái)都測(cè)量到了地磁場(chǎng)強(qiáng)度的劇烈變動(dòng)。17個(gè)半小時(shí)以后，地磁儀的指針因超強(qiáng)的地磁強(qiáng)度而跳出了刻度范圍。差不多同時(shí)，各地電報(bào)局電報(bào)機(jī)的操作員報(bào)告說他們的機(jī)器在閃火花，甚至電線也被熔化了。低緯度地區(qū)的人們都能看到天空中五顏六色的北極光,午夜時(shí)分不用點(diǎn)燈都能閱讀報(bào)紙。卡靈頓幾乎肯定地認(rèn)為這些事件都與他發(fā)現(xiàn)的耀斑爆發(fā)有關(guān)。“卡靈頓事件”造成了長達(dá)8天的惡劣空間天氣。由于當(dāng)時(shí)主要依靠蒸汽機(jī)和勞力,還沒有人造衛(wèi)星、無線電通信和現(xiàn)代的電力傳輸網(wǎng)絡(luò),太陽風(fēng)暴并未給地球帶來過于嚴(yán)重的災(zāi)難。

　　1989年太陽風(fēng)暴

　　1989年發(fā)生的超級(jí)太陽風(fēng)暴,使美國國防部的一些衛(wèi)星癱瘓，使加拿大魁北克省和美國新澤西州的供電系統(tǒng)受到破壞，造成的損失超過10億美元。

　　2003年太陽風(fēng)暴

　　2003年10月28日,發(fā)生了一次強(qiáng)烈太陽耀斑爆發(fā)及與之相伴的強(qiáng)大日冕物質(zhì)噴射,這場(chǎng)太陽風(fēng)暴于美國東部時(shí)間29日凌晨1時(shí)13分與地球磁場(chǎng)發(fā)生作用，由此產(chǎn)生的地磁暴強(qiáng)度達(dá)到了很高級(jí)別。日本個(gè)別衛(wèi)星出現(xiàn)了信號(hào)異常，美國北部和加拿大一些電網(wǎng)出現(xiàn)了電流急沖現(xiàn)象，另外美國北極光可見區(qū)域顯著南移，甚至有人在得克薩斯州的埃爾帕索看到了北極光。

　　不過，由于不少國家的電力等部門采取了相應(yīng)預(yù)防措施，沒有大規(guī)模斷電等情況發(fā)生。國際空間站上的兩名美俄宇航員也按照要求短暫撤離到了“曙光”號(hào)功能貨艙尾部，以躲避太陽風(fēng)暴發(fā)出的強(qiáng)輻射。

　　(責(zé)任編輯：白雪松)