科技版~SGM之16~科技之謎：太陽的脾氣有多大
地球上所有的生命離開太陽都無法生存，這是人人皆知的道理，然而，哺育了億萬生靈的太陽，最近脾氣卻越來越大———
地球電離層遭受騷擾，北京、蘭州、拉薩等地的高頻無線電探測信號均受影響；衛星首先被襲，當天晚上，“Kodama”通訊衛星信號中斷；日本“回聲”資料中繼衛星出現信號異常，大部分裝置停止運轉，進入耗電最少的安全狀態；美國專家稱由於太陽耀斑影響到衛星通訊，將不利加州滅火……
科學家研究發現，近半個多世紀以來，太陽黑子活動明顯增多，導致太陽耀斑幾乎以每11年為一個週期頻繁的爆發。尤其令人不解的是，上次太陽黑子活動的週期高峰出現在2000年，新的週期還沒到，太陽又再次震怒，耀斑爆發強度達到X28級，成為近30年來最兇猛的一次。如此喜怒無常，我們是不是該進一步認識太陽，揣摩一下它的脾氣了？
太陽和太陽黑子
據資料顯示，在漫漫宇宙中，比太陽大的星體在宇宙中數以百萬計。然而，太陽就像是一台巨型的能量生產機器，每秒鐘產生4.0×1023千瓦的能量。換句話說，如果我們能將太陽一秒鐘內向外輸出的能量收集起來，按目前美國能源使用水準來計算，可以夠整個美國使用九百萬年。太陽的能源來自太陽核內部所進行的核聚變反應。由於太陽的核心物質的密集以及太陽尺度非常大，所以在日核產生的能量需要經歷無數次的吸收和再發射，在五千萬年之後到達太陽表面。
也就是說，如果太陽現在停止產生能量，我們地球上需要再過五千萬年之後才能感覺到。在過去的40億到50億年間，太陽一直不停地向外發射可見光和熱輻射。太陽中有足夠的氫原子使它能夠在未來的1千億年中繼續產生能量。但是，大約在100億~200億年以後，太陽的表面將向外膨脹，將它的內行星包圍在太陽大氣中，這其中就包括了我們的地球。到那時，太陽將成為一個紅巨星。如果太陽足夠大，它有可能重新燃燒，變成燃燒氦的星體。可見，太陽上不斷地在發生著各種活動和現象，而太陽黑子的活動正是其中之一。
太陽表面有時會出現一些暗的區域，它是磁場聚集的地方，這就是黑子。黑子是太陽表面可以看到的最突出的現象。一個中等大小的黑子大概和地球的大小差不多。黑子的形成和消失要經歷幾天到幾個星期不等。當強磁場浮現到太陽表面，該區域的背景溫度緩慢地從6000攝氏度降至4000攝氏度，這時該區域以暗點形式出現在太陽表面。在黑子中心最黑的部分被稱作本影，本影是磁場最強的區域。本影周圍不太黑、呈條紋狀的區域被稱為伴影。黑子隨太陽表面一起旋轉。
從地球上看，黑子大約經過27天完成一次自轉。赤道附近的黑子比極區的黑子旋轉的要快一些。黑子群，特別是伴有複雜磁場的黑子群常常是耀斑爆發的位置。專家介紹，在過去的三百年中，太陽黑子數按11年的週期有規律地增加和減少。看來，太陽像地球一樣也有著季節性的變化，太陽的一年相當於地球的11年。
太陽耀斑的威力
地球電離層遭受騷擾，北京、蘭州、拉薩等地的高頻無線電探測信號均受影響；日本通訊衛星首先被襲，當天晚上，“Kodama”通訊衛星信號中斷；日本“回聲”資料中繼衛星出現信號異常，大部分裝置停止運轉，進入耗電最少的安全狀態；美國專家稱由於太陽耀斑影響到衛星通訊，將不利加州滅火……據介紹，本次耀斑對應用短波的廣播、科考旅遊以及海洋航行、軍事活動產生了較大影響。
太陽耀斑是什麼？為什麼會產生這樣的影響？專家介紹，耀斑是太陽大氣中的爆炸現象，表現為日面突然出現迅速發展的亮斑閃耀，同時釋放出巨大能量。從地面光學觀測來看，耀斑是太陽表面亮度增強的區域。從X射線和射電輻射觀測來看，耀斑是一種雜訊爆發。據稱，耀斑一般持續幾分鐘到幾個小時，是太陽系能量最大的爆發事件，相當於投放在日本廣島原子彈的400億倍。隨著耀斑爆發，太陽物質和磁場到達地球，撞擊地球磁層，從而可以引發地磁暴，並影響到通訊。
許多通訊系統利用電離層反射電波信號進行遠距離資訊傳播，而地磁暴能在所有緯度影響電波傳播。有些頻率的電波被吸收、有些被反射，從而導致信號快速波動和傳播方向被改變。電視和商用電波站很少受到太陽活動的影響，但是地對空、船對岸等電臺經常會遭到破壞。另外，一些軍用探測儀和早期預警系統也會受到太陽活動的影響。超視距雷達通過電離層反彈回來的信號來監視遠距離航天器和導彈的發射，但在磁暴期間，該系統會由於電波騷擾而受到嚴重的妨礙。有些潛水艇系統利用海底的磁場信號作為他們定位系統的一個輸入參數，地磁暴會掩蓋和扭曲這些信號。
太陽還有哪些脾氣
除了通訊以外，太陽活動引起的地磁暴、質子事件等近地回應還會對人類的衛星、電力系統甚至氣候等諸多方面造成破壞。
1989年3月13日至14日太陽活動爆發期間，日本一顆通信衛星異常，美國一顆衛星軌道下降，高能粒子造成我國“風雲二號B”氣象衛星提前報廢；2000年7月14日發生的一次太陽耀斑和日冕物質拋射事件，使得電離層發生強烈的突然擾動和電離層暴，導致短波通訊中斷，所有科學衛星受損減壽，日本ASCA衛星失控……可以說，太陽的每次劇烈活動，都會給人類帶來一系列的空間災害。專家解釋說，地磁暴和增強的太陽紫外輻射加熱地球高層大氣，從而引起大氣的膨脹。
被加熱的空氣上升，使得衛星軌道大氣密度顯著增加，使衛星在空間中的拖曳力增強，從而導致運動變慢、軌道輕微地變化。除非定期將衛星向較高軌道推進一點，否則它們將緩慢墜落，最終在地球的大氣層中燃燒。隨著科技的發展，飛船的各部分都逐漸走向小型化，但小型化的系統更容易受到太陽能量粒子的襲擊。這些粒子能夠引起晶片物理損壞，也可以改變衛星上電腦的命令。
此外，在磁暴期間，電子和離子的數量和能量都有所增加，當衛星穿過這些高能量環境時，充電粒子撞擊飛船，從而飛船的不同部分形成不同的充電狀態，最後在飛船的不同組成部分間形成弧光放電，從而損害這些部件甚至使它們完全報廢。而當能量粒子穿透一個衛星的外殼，在內部某部分積累一定電荷時，就會發生整體充電。當任何一個元件上電荷積累到一定程度，它都要試圖通過與其他部件放電而達到控制，這種放電對衛星上的電子系統也存在潛在的危險。
電力公司們同樣被太陽活動折磨的苦不堪言。1989年的太陽耀斑爆發，嚴重影響了加拿大的電力網，也造成加拿大魁北克地區電網停電，600萬人遭受停電之苦，美國的東北部和瑞典的部分地區也出現了停電現象。專家說，當磁場在像線圈這樣的導體附近移動時，在導體內就會產生感應電流，當磁暴發生時，這種感應電流會相當強，對輸電設備的危害是非常大的。目前各國的電力公司只能通過接收地磁暴的警報和預報，儘量減少損害和電力損耗。
太陽是驅動大氣環流的熱發動機，然而最近的太陽常數測量顯示太陽的基本輸出量在一個太陽活動周（11年）內有20％的變化，曾經觀測到下降最大可以達到50％。大氣科學家指出這種變化非常重要，隨著時間的推移甚至可能改變氣候。在質子事件期間，更多的能量粒子到達地球中層大氣。引起分子電離，產生破壞大氣臭氧層的化學成分，結果使能夠到達地球表面的有害的紫外輻射增強。1982年的一個質子事件曾經使大氣中的臭氧濃度暫時下降70％。
此外，特大耀斑所釋放的高能量的粒子對人類也會產生危害，其程度相當於核爆中低能輻射對人類的傷害。專家介紹，標準輻射劑量的高能粒子穿透到生物細胞中，可以導致染色體損傷和癌症的潛在危險，大劑量可以導致立即死亡。能量大於30MeV的太陽質子最具危害性。不過這主要對太空中的宇航員存在致命威脅，地面上的人由於受到地球大氣層和磁層的保護，所受生理的影響尚不明顯，但仍有有醫學專家建議心腦血管病、中風及精神疾病的患者在太陽活動峰年還是要注意保持安靜和多休息。
在一次信鴿大賽中，竟然有一大批訓練有素、經驗豐富的信鴿迷失了方向，未能到達目的地，最後經科學證實，這居然也和太陽活動有關。科學家發現，鴿子和其他遷徙動物，如海豚和鯨魚，多擁有內部生物羅盤，這種生物羅盤是由包裹在神經細胞中的礦物磁性物質形成。由於在磁暴期間，地磁場的擾動會引起人體或生物系統內的壓力的變化，導致生物失去辨別方向的能力，所以信鴿訓練者在安排比賽時，也要事先瞭解地磁預報和警報。
不過，太陽活動對人類也並非完全有害，一些地質勘探員更願意在磁暴期間工作。位址學家常常利用地球磁場來確定地下岩石結構，勘探石油、天然氣和礦物儲備，這種勘探任務只有當地球磁場平靜能夠測到真實的磁場時才能完成，而當磁暴發生時，地球表面下電流的變化能對他們判斷起到幫助。另外，由於地磁暴而出現壯麗的極光現象，為人們展現出一幅幅漂亮的圖畫，令旅遊者和攝影愛好者們如癡如醉。
在近幾十年裏，人們已經認識和感受到太陽耀斑、地磁暴對人類的影響，隨著技術的發展，受影響的面還將越來越廣。希望科學家能早日摸清太陽的脾氣，減少太陽活動給人類帶來的災害，並將其轉變，為人類造福。
目前為止科學家還沒有發現日食對人類有什麼直接的身體上的危害，但日食在人的心理上總會產生或多或少的影響．幾千年來，地球上的所有文明都把日食看成是災難的預兆．每次發生日食都會引起社會的騷亂．儘管沒有日食直接傷害人類的證據，但是心理上的恐慌與焦慮同樣會傷害到身體的健康。
太陽活動的近地響應
極光：由太陽引起的地磁暴的一種動態的、靈敏的、可以看得見的表現。太陽風增加了磁層中的質子和電子的能量，這些粒子通常在地球的極區進入地球外層大氣。但這些粒子與稀薄的高層大氣中的中性分子和原子相撞擊時，部分粒子就會發出不同顏色的光來。
質子事件：高能質子能夠在大耀斑峰值後30分鐘到達地球。在質子事件發生期間，大量由耀斑位置釋放的高能粒子襲擊地球。有些粒子可能順著磁力線到達我們大氣層的頂層。
地磁暴：在耀斑或爆發日珥發生一到四天，一團速度稍慢的太陽物質和磁場到達地球，撞擊地球磁層，從而引發地磁暴。這些爆發是地球表面磁場的一種特殊的變化。在地磁暴期間，太陽風的一部分能量被傳送到地球磁層內部，從而引起地球磁場在方向和強度上的快速變化。
冕洞：太陽上可以持續幾個月甚至幾年的變化特徵。它們在X射線照片上看起來就像一個大的黑洞。這些洞的根部就在太陽表面的單極磁場區。它們的磁力線直接伸向太陽系。這些開放的磁力線允許高速太陽風不斷向外流出。冕洞具有一定的週期性，但是它並不與太陽黑子週期完全吻合。在黑子數達到極大的年份，冕洞數量要多一些。在太陽活動的一些時期，只是太陽的南極和北極可以看到持續的冕洞。
日冕物質拋射CME：在太陽的外層大氣———日冕區，物質結構由強磁場控制。在閉合磁力線的上方通常對應的是黑子群。這些被限制的太陽大氣可能會突然劇烈爆發，釋放泡狀或舌頭狀的氣體和磁場，這就是CME（CoronalMassEjection）。一個大的CME能夠包含10億噸被加速到每小時幾百萬公里速度的物質。被拋射出來的太陽物質在行星際空間中迅速傳播，撞擊途徑的每一個行星或飛行器。CME有時與耀斑相伴隨出現，有時獨立出現。
日冕是太陽大氣最外面的一層，從色球層的邊緣向外延伸出，最遠可以達到4～5個太陽半徑。日冕的亮度只有光球的百分之一，平時根本看不見，只有在日全食的時候，日冕才顯露出它的“廬山真面目”。日全食的機會很少，要想平時對日冕進行觀測和研究，就需要使用日冕儀了。日冕的溫度相當高，太陽光球的溫度大約是6000K，越往外溫度越高，到了色球和日冕交界的區域，溫度達10萬K以上，日冕的溫度達100萬～200萬K。在這麼高的條件下，所有的物質都成為電離狀態。日冕的溫度雖高，但是它並不很熱，因為日冕中所包含的氣體太稀薄了，它的總熱量是低的。
太陽的能源在中心部分的日核區，日核產生的能量由裏向外傳播。照理說太陽的溫度應該是越往外越低，從日核到光球也確實是這樣。然而，從光球到日冕，太陽大氣的溫度卻是從裏到外急劇的增高，太陽外層的色球和日冕的溫度比下層的光球高得多。這種反常的現象是什麼原因造成的? 這個問題很難解釋清楚，曾經困擾了天文學家很長時間。目前比較流行的一種說法認為是從光球以下的對流層中產生的各種波，如聲波、重力波等，向上傳播到高層大氣，並在那裏耗散，引起高層大氣反常加熱，造成了高層大氣的高溫現象。儘管這些波的能量與來自下層的輻射能相比是很少的，但是由於太陽高層大氣密度極低，所以這種附加能量的加熱效果非常好。
日冕的形狀不是長期固定不變的，它有時大致為圓形，有時呈扁圓形，有時又呈不規則的形狀。日冕形狀的變化與太陽活動的強弱程度有關係。由於日冕距離太陽較遠，所以受到太陽的吸引力也較小。日冕中高溫粒子的動能很大，有時它們能夠克服太陽的引力形成高速的粒子流跑出來，叫做太陽風。太陽風會對地球造成很多影響，受到人們的關注。
中國國家文物局正式公佈採用金沙“四鳥繞日”金飾圖案作為“中國文化遺產標誌”。“四鳥繞日”金飾2001年出土于四川成都金沙遺址，畫面是四隻神鳥圍繞著太陽飛行，專家也將其命名為“太陽神鳥”。這是本世紀中國考古的一個重大發現。
太陽神鳥圖案寓意深遠、構圖嚴謹、線條流暢、極富美感，是古代人民“天人合一”的哲學思想、豐富的想像力、非凡的藝術創造力和精湛的工藝水準的完美結合。其造型精煉、簡潔，具有較好的徽識特徵。太陽神鳥圖案是中華先民崇拜太陽藝術表現形式的傑出代表之作，以此作為中國文化遺產的標誌，體現了中華民族傳統文化強烈的凝聚力和向心力，表現了中華民族自強不息、昂揚向上的精神風貌。
2008年全年有266天沒有太陽黑子，這是自1913年以後從沒看到過的太陽平靜期，然而2009太陽似乎要變的更加安靜。太陽風壓達到50年來的最低值，我們的局域恒星(local star)甚至比10年前更加暗淡。
太陽黑子是觀察太陽活躍程度最直觀的跡象，事實上太陽黑子消失意味著我們正在進入一個太陽平靜期。太陽黑子是太陽表面的磁島(islands of magnetism)，這裏的對流受到限制，導致該區域的氣體溫度更低，因此從地球上看起來顯得更暗。這種現象何時才會結束呢？
太陽的活躍性每隔11年改變一次，但是這種變化有可能會持續很長時間，大約可持續一個世紀。劍橋大學的奈傑爾·維斯說：“為期11年的新一輪太陽活動週期從1或2年前開始，到目前為止太陽一直很平靜。”最近維斯跟瑞士聯邦水科學與技術研究所的荷塞·阿布呂爾及其其他人一起預測說，自從二戰爆發一起，太陽一直非常活躍，現在它的活躍性正在逐漸下降，並將於2020年左右降到最低點。
他們的預測是根據太陽風促使宇宙射線穿過地球大氣層，在地殼裏堆積的一種罕見的同位素的水準做出的。維斯表示，太陽的活躍性有可能降到17世紀出現的蒙德極小期(Maunder minimum)。到了那時，歐洲將會進入小冰期，泰晤士河上將會結霜，所有瑞士鄉村將被冰川覆蓋。我們將會進入另一個冰河時期。
有些人表示，過去一個世紀以來出現的全球升溫現象，是活躍的太陽影響的結果。這些人或許認為我們將要進入另一個冰河時代，但是他們只占少數。大部分科學家認為，導致全球升溫的罪魁禍首是人類，維斯也贊成這種說法。他指出，太陽活性從蒙德極小期回升以後，歐洲一直有冰存在。即使我們再經歷一次類似的太陽平靜期，地球的溫度可能也只會降低十分之一攝氏度，與最近的升溫相比，這簡直不值一提。因此這時候你還沒必要為此憂心忡忡。
大家早ㄚ^^辛苦啦～外出記得喝水遮陽喔^^
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