如果发生严重太阳爆发我们会安然无恙吗?

2015年09月28日07:59   新浪科技 微博    收藏本文     
卡灵顿在1859年超级耀斑爆发当天的记录手稿卡灵顿在1859年超级耀斑爆发当天的记录手稿
2015年6月17日~18日发生的一次日冕物质抛射(CME)事件2015年6月17日~18日发生的一次日冕物质抛射(CME)事件

  新浪科技讯 北京时间9月28日消息,据英国广播公司(BBC)网站报道,这原本可能只是一个普普通通的夏日夜晚。但在1859年8月29日晚上8点,美国新奥尔良地区的居民们意识到一定发生了什么不寻常的事情。整个夜空都在闪烁着绿色光芒,火星四溅,仿佛下起了火雨。

  很快,这夜空中的“火焰”转变为一种血红的颜色,照亮了街道,房屋和人们惊恐的脸。那个夜晚,东到夏威夷,西至伦敦的人们都目睹了夜空中这不可思议的一幕。

  有些人认为这是上帝的旨意,或是饥荒即将来临或是一场革命即将发生的预兆。而那些稍具科学头脑的人们则猜想这种情况或许与天气现象有关,或许这与寒潮活动有关。

2012年8月31日,太阳表面发生的一次强烈耀斑爆发2012年8月31日,太阳表面发生的一次强烈耀斑爆发
2003年10月28日发生的一次太阳爆发事件2003年10月28日发生的一次太阳爆发事件

  卡灵顿事件

  事实上,这的确是天气,但这是另外一种天气——空间天气。就在大约17小时之前,一名英格兰天文学家理查德·卡灵顿(Richard Carrington)正在描绘日面黑子图,突然间他注意到日面上出现了一次明显的闪光过程,但很快就消失了。

  卡灵顿意识到这件事非同寻常,并且这两件事情在时间上非常巧合。但在一开始他对于将这两个事件联系在一起仍然感到犹豫——一场由太阳发出的风暴所驱动的太空光电秀?毕竟这样的想法怎么说都太不可思议了!

  但在经过反复考虑后,卡灵顿仍然决定将这两次事件联系到一起,并且在多年之后证明,他这样做是正确的。我们倾向于把太阳看做是一个永恒的宇宙灯塔,日复一日,一个世纪接着一个世纪平稳地为我们提供光热。而卡灵顿意识到,太阳的真实情况可能要比我们原先想象的要狂暴的多。

  引发这场照亮夜空事件的元凶是太阳上发生的一次剧烈爆发,其释放的能量相当于100亿颗原子弹当量。在我们太阳系中,这是近500年来最为剧烈的一次爆发事件。现在,这一事件被称作“卡灵顿事件”,这是一次极为极端的空间天气事件,所谓“空间天气”主要是指由于太阳活动造成了空间环境变化情况。太空是一个充满敌意的地方,一个电磁风暴,太阳风,电子流,等离子云和剧烈辐射肆虐的世界。

  根据英国政府在2015年7月发表的最新报告,如果当前再次发生一次“卡灵顿事件”,那么它将可能引发灾难性的混乱。我们的卫星通讯将可能中断,GPS导航失效并引发全球性的大断电,并且可能持续一年以上的时间。我们将不再能够收听广播,观看电视,没有手机信号,没有互联网,所有插电使用的电器都将失效。

  火车将会停运,路灯全部熄灭。由于没有GPS导航,航班将全部停运,并且因为人类社会的大部分资金都是以电子数据的形式存储在银行数据库中,因此我们的钱也将所剩无几。一句话,这样的灾难将会摧毁人类社会,造成数万亿美元的巨大损失。

  太阳每天的日常变化不会造成严重的问题,这是因为地球拥有可以保卫自身的磁场。你或许感受不到地球磁场的存在,但如果没有地球磁场,你将不能存活。我们用美国宇航员克里斯·哈特菲尔德(Chris Hadfield)的话来举一个例子。克里斯在2012年至2013年期间在国际空间站上度过了145天,并且在所有醒着的时间里都非常忙碌的开展各项工作。他说:“在太空中,如果你闭上眼睛然后等待,你几乎肯定会时不时看到一道闪光。”

  每一次这样的闪光都是宇宙射线造成的,这是宇宙深处的高能粒子,这些粒子穿透国际空间站的舱壁并直接撞击你的视网膜,并在你的大脑中激发一次闪光的信号。

  哈特菲尔德表示:“这些宇宙射线可能来自太阳,也可能来自宇宙中其他的恒星。这些粒子流穿越了广袤的时空,而你实际上用你自己的视觉系统直接‘看到’了这种辐射。”

  由于太阳比任何其他恒星都更加靠近我们,相比其他恒星,太阳对我们造成的影响就要大得多。

冰岛上空的北极光冰岛上空的北极光
一次剧烈的日冕物质抛射事件对地球磁场造成的冲击一次剧烈的日冕物质抛射事件对地球磁场造成的冲击

  耀斑与日冕物质抛射

  在学校里,我们被教育说太阳是一个气体球,但严格来说这种说法不正确。实际上,太阳是由等离子体组成的:由于温度极高,组成太阳的气体原子已经完全电离,成为带电粒子。

  听到等离子体的说法似乎会让很多人觉得非常陌生,但实际上并非如此。我们家里用的荧光灯灯管中和等离子电视中都存在着这种物质,唯一不同的是相比之下,太阳表面的温度要高得多,超过5500摄氏度。在一个平静的白天里,这些具有破坏性的的“蒸汽”从太阳表面向四面八方发出,一直向前抵达海王星轨道之外——超过日地距离的100倍以上。

  但在某些时候,太阳也会显出它狂暴的一面。和地球一样,太阳也有自己的磁场。太阳磁场也和地球一样拥有南北磁极,在两极之间由磁感线相互连接。

  随着太阳自转,组成太阳的等离子体物质同样会随之运动,而由于太阳并非一个固体球,其不同纬度上的自转速度存在差异,而转动速度较大的赤道地区就有可能造成磁感线的扭曲缠绕。在太阳黑子发生的区域,磁感线的扭曲缠绕达到极限,以至于堆积突破日面,在此过程中将一股等离子体物质也向上带起。而有些时候磁感线被绷紧到极限,随后发生突然的断裂。此时就会发生耀斑现象。耀斑是太阳系内最为剧烈的爆发现象之一,发生在太阳大气层中的这种爆发事件会释放出强烈辐射。这种辐射以光速传播,只需8分钟便可抵达地球,而这正是卡灵顿当时在日面上所看到的的那道强烈闪光。

  紧接着太阳上又发生了第二次爆发事件:一次日冕物质抛射(CME),简单说就是一股包含数十亿吨等离子体物质的强烈粒子流。在一次CME爆发事件中,粒子流将需要数小时时间才能挣脱太阳表面,而一旦挣脱,它将以每小时700万英里(约合1126万公里)的速度高速前进。在1859年的那次事件中,这股强大的带电粒子流只用了大约17小时便抵达了地球。

  所有这些爆发事件都有可能会对地球产生显著影响。但在此之前我们必须先澄清一件事:美国宇航局非常明确的表示过:即便是在最为极端的情况下,太阳耀斑爆发所释放的能量都不足以摧毁地球。

  在这样的太阳爆发面前,最明显的影响其实将是壮丽的极光秀,在夜空中舞动的绚烂光影。在正常情况下,极光只能在南北两极的高纬度地区观赏,但一次强烈的CME爆发事件有时可以让全世界各地的人们全都目睹极光的出现。

强烈的太阳爆发将对地球产生显著影响强烈的太阳爆发将对地球产生显著影响
SOHO探测器拍摄的太阳爆发景象SOHO探测器拍摄的太阳爆发景象

  当一次CME爆发中携带的大量等离子体物质抵达地球时,它们将强烈冲击地球高层大气原子。这样的冲击作用将造成气体原子的电离,使其短暂性地成为等离子体。但很快原子就会重新恢复原样,并在此过程中产生发光现象。

  “正常”情况下的极光是由稳定的太阳风粒子流引发的,一年之中基本上每天都持续的发生着。但欣赏这些极光的最佳位置其实是从地球轨道上。

  哈特菲尔德表示:“当我在国际空间站上出舱执行太空行走任务时,实际上我正漫步在南极光之中。太阳巨大力量的光影展示在我的身边弥漫。”

  而太阳爆发的另外一项后果则远没有这么浪漫。

  带电粒子流的冲击作用会造成地球磁场的剧烈扰动,形成所谓“地磁暴”,持续时间一般为6~12小时。在此期间,快速变动的地球磁场会在任何近地面的导体内产生电流,其中包括电话线以及输电线路,海底电缆,石油以及天然气管道等等。一旦这股电流进入输电网系统,将会引起电流过载和跳闸,从而引发大面积断电。

  在1859年,世界各国还没有建立起现代电网。因此当时的那次事件造成的破坏主要是电话线路的起火,电话线路在19世纪的意义就相当于现在的互联网线路,电话线路的瘫痪意味着世界范围内通讯联系的中断。电缆塔架上火星四溅,电报纸起火,电话交换机爆炸,几位不幸的接线员被炸伤。

  在美国,电报线路和输电线路出现大面积中断。在其他一些地方,接线员发现他们甚至可以直接拔掉电源线,仅仅依靠地磁暴影响产生的电流就能实现线路信号的传送。

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文章关键词: 太阳爆发

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