据《科学新时代》报道,太阳因其中心的热核反应产生大量的能量而沸腾。日复一日,这些能源使地球变得宜居。但有时,太阳辐射会爆发,将高能粒子以最高速度送入太空。如果我们的星球在这些高能粒子辐射的路径上,它会对我们的生活造成严重破坏。
这些太阳辐射的爆炸构成了所谓的“太空天气”(space weather)。它可能和陆地天气一样具有破坏性,尽管可能不像一些媒体头条警告的那样频繁。
“我们的恒星真的是一个巨大的热核熔炉。在它的中心,温度在1500万到1700万摄氏度之间,大约6亿吨氢融合成5.96亿吨氦。”美国宇航局(NASA)太阳物理部门的项目科学家、“与恒星生活”项目的首席项目科学家Madhulika Guhathakurta说,该项目专门研究太阳-地球系统影响人类生活和社会的方式。
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每一秒,这减少的四百万吨氢都会转化为能量,也就是我们所说的阳光。但她解释说:“这种非常不稳定的活动,即使是微小的变化,也会对地球产生巨大的影响。”
尽管这样的后果很少见,但依赖电力和无线网络的卫星和相关技术尤其脆弱。1989年,强烈的太阳耀斑(solar flare)引发的地磁风暴引发了加拿大大面积停电,导致600万人停电长达9个小时。
2000年,一次太阳爆发导致一些卫星短路,导致无线电中断。2003年,一系列的太阳爆发造成了电力中断,扰乱了航空旅行和卫星系统。在2022年2月,一场地磁风暴(geomagnetic storm)摧毁了至少40颗正在部署的星链卫星,导致SpaceX公司损失了5000多万美元。
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太空天气究竟是什么?
一般来说,“太阳风暴”(solar storm)一词描述的是太阳能量的强烈爆发射入太空,并与地球相互作用。带电粒子不断地从太阳流向太空,这就是所谓的太阳风。
但更重大的爆发可能源自太阳耀斑,这种爆发通常来自被称为太阳黑子的暂时性黑暗斑块,以及被称为日冕物质抛射的剧烈爆炸。这种活动的任何变化都可能导致极光。
太阳耀斑本质上是一种闪光。当强烈的太阳磁场从太阳表面突出时,就会以极高的速度释放出大量的电磁辐射。古哈塔库尔塔解释说,当辐射撞击地球时,它将能量注入地球的电离层,即大气层的最上层。
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她说,来自太阳的极端紫外线辐射会使地球电离层中的粒子极化,这可能会对附近任何其他带电粒子产生级联效应——这意味着任何用电的东西都处于危险之中。
NASA太阳物理学部门太空天气研究项目负责人杰西·伍德洛夫说,太阳耀斑以光速传播,这使得科学家们难以提前预料和做好准备。
他指出:“没有办法比太阳耀斑更快地向地球发送信号,因为太阳耀斑已经以光速传播了。所以你必须预测太阳耀斑本身的发生。这是一个具有挑战性的科学问题,我们目前还没有解决。”
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太阳耀斑是强烈的辐射爆发,而日冕物质抛射是能量粒子的爆发。因此,它们的速度会慢一些。太阳外层大气(日冕)的大部分发生爆炸,将过热气体发射到太空中。
这些“巨大的太阳物质团以非常高的速度喷射出来,每秒几百公里,但比光速慢得多,”伍德罗夫补充说。他说,这些卫星可能需要半天到三天的时间才能到达地球。
如何预测太阳风暴
预测太空天气和预测陆地天气不太一样。最大的不同在于:在地球上,气象学家可以进行数百万次测量,并将其整合到预测模型中。伍德罗夫说,在太空中,科学家只能在少数几个地方放置仪器来观察太阳活动。
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他解释说:“我们对太阳和地球之间发生的事情还没有一个很好的了解。