空間天氣是指平流層以外的空間環(huán)境條件。跟日常天氣不同,地球附近的空間天氣變化主要受太陽活動影響。太陽活動,就好比太陽“打噴嚏”。通常太陽活動對空間天氣的影響有三種不同的情況——耀斑光輻射、太陽高能粒子和日冕物質(zhì)拋射。
太陽活動,首先能影響到地球的就是耀斑活動。出現(xiàn)耀斑時,太陽表面局部區(qū)域突然變亮。這種亮度增加通常在可見光的波段并不明顯,所以肉眼一般看不到耀斑。如果耀斑正好對著地球,耀斑發(fā)出的輻射就會擾動電離層,引發(fā)通信故障,導(dǎo)致飛機通信失靈及GPS定位錯誤。由于耀斑發(fā)生時,紫外線、紅外線等輻射是以光速傳播的,所以是第一批到達(dá)地球的輻射,也被稱為第一波“攻擊”。
跨入2024年,我國首顆綜合性太陽探測衛(wèi)星“夸父一號”,成功記錄了第25太陽活動周截至目前最大的耀斑。這是一個X5.0級耀斑,同時還伴隨日冕物質(zhì)拋射,這也再次刷新了第25太陽活動周最大耀斑的紀(jì)錄。
太陽活動同樣會產(chǎn)生大量的高能粒子。如果方向正好合適,這些接近光速的太陽高能粒子能快速抵達(dá)地球,所以也被稱為第二波“攻擊”。
太陽高能粒子具有很強的穿透能力,對于空間設(shè)備和航天員等,都有一定的危害。太陽高能粒子會損壞衛(wèi)星:這些高能粒子能夠穿透衛(wèi)星表層,進(jìn)入衛(wèi)星內(nèi)部,使其內(nèi)部產(chǎn)生電壓差,從而造成擊穿損壞。這種損壞通常不可修復(fù),衛(wèi)星在運行時,需要防止太陽高能粒子帶來的損壞。此外,太陽高能粒子甚至可能危害在地球極地地區(qū)飛行的機組人員和乘客的健康,所以在太陽活動期間,航空公司都會避免飛機飛越極地地區(qū),而采用其他航線。
對地球來說,影響最大的還是第三波“攻擊”—一日冕物質(zhì)拋射。日冕物質(zhì)拋射與耀斑紫外線、紅外線等輻射,太陽高能粒子拋射相比,速度較慢。這些從太陽上被拋射出去的等離子體團蘊含著巨大的能量,在抵達(dá)地球附近時和地球磁場相互作用,能強烈擾動地球磁場,形成磁暴,同時影響空間和地面高緯度地區(qū)的環(huán)境,甚至干擾衛(wèi)星通信和導(dǎo)航定位信號。
磁暴會在高緯度地區(qū)的輸電線路上形成強烈的“磁暴感應(yīng)電流”,這會導(dǎo)致變壓器過載,嚴(yán)重情況下甚至損壞輸電設(shè)備。與地面原因?qū)е碌耐k娛鹿释ǔ0l(fā)生在一個小范圍不同,由“磁暴感應(yīng)電流”引發(fā)的停電事故通常發(fā)生在較大范圍,嚴(yán)重影響人類的生產(chǎn)和生活。磁暴還會在地球磁層里產(chǎn)生振蕩,這些振蕩會讓各種粒子加速,在地球附近空間形成“粒子暴”。由于相當(dāng)多的衛(wèi)星在地球磁層中運行,所以磁暴可能損壞衛(wèi)星。
通常,太陽活動按照11年周期變化。不過太陽活動并不嚴(yán)格按照周期變化,而且每個周期都不一樣。上一個太陽周期,太陽活動非常稀少,幾乎沒有特別強烈的爆發(fā)。目前正處于太陽活動第25周期,從現(xiàn)在的太陽活動趨勢來看,這個周期很可能非?;钴S。
我們即將進(jìn)入這個太陽活動周期的高峰期,太陽活動將日漸頻繁、劇烈。2023年12月,北京北部山區(qū)出現(xiàn)了極光,“北京極光”話題一度沖上熱搜。要知道,極光通常發(fā)生在高緯度地區(qū),磁暴的強度必須足夠大,極光本身也要足夠亮,在北京北部山區(qū)的人們才有可能看得見。由此可見,此次的太陽活動有多劇烈!
如前文所說,太陽活動可能會給人類的生產(chǎn)和生活造成很大的影響。航天器、地面設(shè)施應(yīng)有防范空間天氣災(zāi)害的預(yù)案。例如,在太陽活動來臨之前,可以讓一些容易受到“攻擊”損壞的電子線路停止工作,避免遭到損壞。
此外,可以給航天器增加一些“對抗”太陽高能粒子拋射的保護裝置。例如,加裝金屬保護罩。但現(xiàn)代社會的航天活動日益頻繁,尤其是商業(yè)航天活動,而航天器也在朝小型化方向發(fā)展。在總體重量接近一噸的航天器上,加上十幾公斤甚至幾十公斤重的金屬保護罩,可以安全有效地防止太陽高能粒子拋射帶來的損壞。但小型航天器自身的重量只有十幾公斤,甚至幾公斤,顯然無法加裝厚重的金屬保護罩。那么,相關(guān)人員就需要更好地了解空間天氣狀況,采用更加靈活有效的機制,來防范空間天氣的危害。
總而言之,近幾年,不論通信還是乘坐飛機出行,人類都會面臨更加頻繁的空間天氣變化帶來的影響。展望更長遠(yuǎn)的未來,人類將進(jìn)入星際旅行時代,這也就意味著,空間天氣預(yù)報將更加重要。
(節(jié)選自《光明日報》2024年1月11日,有刪改;標(biāo)題有改動,原標(biāo)題為《太陽打“噴嚏”
地球會怎樣》)
[導(dǎo)讀]
太陽活動會產(chǎn)生哪些影響?請概括。