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地球须做好红色警戒 准备承受太阳风暴冲击(图)

http://www.kexue.com 2011-06-27 09:16:06 腾讯科学  发表评论


太阳风暴对地球的正面冲击示意图


太阳表面极紫外波段特写的镜头

  在1859年9月,太阳释放出有记录以来最强的太阳风暴之一。这场太阳风暴甚至引发电报收发室着火,瘫痪电报服务,并在古巴至夏威夷的上空出现罕见的极光。然而,目前从美国国家航空航天局华盛顿总部的太阳物理学专家以及相关政府工作人员处得知:这个情况很可能会再次发生,而现代人类社会极度地依赖电子设备,例如全球的电网服务,GPS导航系统和卫星通讯等高科技系统都将在此次的太阳风暴大爆发中受到影响。

  6月21日,在第五届空间气候企业论坛(Space Weather Enterprise Forum,SWEF)的年会上,包括联合国、美国国会、美国国家航空航天局以及国际电力公司等代表在内的超过百位空间气候方面的专家积极响应,目的是提高全人类关注空间气候环境的安全意识,尤其是各国的决策者和相关天文机构的负责人。1859年太阳已经进入整体活动低于平均水平的太阳周期(太阳大约在每11年进行一次活动周期循环)。从这个事件中可以看出,太阳出现较弱的周期,极有可能爆发超强的太阳风暴,且2011年正是出于太阳活动异常弱的第24个周期(Cycle 24)。

  而1859年爆发的强太阳风暴就造成大面积的电报业务瘫痪以及热带出现罕见极光,如今一旦发现此类级别的太阳风暴,势必将严重影响全球通讯等高科技行业。例如,由于变压器受影响,全球范围内的出现大面积停电,飞机和船只等交通工具无法使用GPS进行导航,全球航班瘫痪、银行网络被迫关闭,严重扰乱了全球的贸易秩序。根据美国国家科学院(National Academy of Sciences)2008年就着手起草的关于本次太阳周期内强太阳风暴对全球的影响估计:经济损失至少相当于20个肆虐新奥尔良市的卡特尼娜飓风的袭击,而那次飓风袭击的直接经济损失就超过1500亿美元,也就是说,保守估计将导致全球3万亿美元的损失。

  然而,面对强太阳风暴,人类应该进行充分准备。相关的研究结构必须尝试对风暴来袭的时间进行预测,加大对太阳活动变化的监控力度,更加精确地跟踪太阳风暴并计算出抵达时间,为地球防御粒子流的冲击争取更多的时间。美国国家航空航天局戈达德空间飞行中心空间气候环境实验室的负责人兼SWEF的发言人Michael Hesse说:我们目前已经能做到对太阳表面进行全面的监控,以及模拟出太阳风暴在冲击地球前的任何动作,可以提前进行空间环境预警,特别是在这段太阳活动极其异常的时期,挽回一些经济损失。

  于此同时,美国国家航空航天局已经在太阳周围部署了包括日地关系空间天文台和太阳动力学空间天文台在内的空间探测器,一旦出现强太阳风暴的爆发,地面控制中心的计算机将会立即形成一个3D的模型,预测出太阳风暴的袭击路径,可以精确到各个行星以及地球上哪些地方或者哪些轨道的卫星在哪个时间段将受到太阳风暴的正面冲击。而图2显示的是一个太阳表面特写的镜头,2011年6月16日太阳动力学天文台在极紫外波段下拍摄的太阳部分活跃区域,显示了太阳表面6000度环境下的电离态氦分布情况,以及等离子喷流从太阳表面喷射出而隐匿的过程,持续时间超过13个小时,此外该区域周围还存在着许多小型喷流产生的斑点。

  对在空间环境预报实验室工作的Antti Pulkkinen研究员来说,这确实是个非常激动人心的工作,这不仅得益于我们强大的科技实力和理论物理的研究成果,也证明了人类在面对宇宙空间的威胁时有能力进行预测并采取措施。我们所采用的计算机模拟太阳风暴的模型是非常深奥的,可以做到预测当太阳风暴冲击地表时,土壤中产生的电流流动,这些电流对变压器将构成致命的影响,足以瘫痪其工作能力。进行这项预报有助于帮助当地的电力供应单位及时进行相关保护工作,避免电力网大面积受损。

  而地球表面上的人们,尽管有地球大气层以及磁场的保护,太阳风暴发出的高速粒子流以及辐射都会在一定程度上被削弱,但是在空间站里的宇航员就不一定了,他们将受到太阳风暴的直接冲击。美国国家航空航天局空间行动任务理事会兼SWER的议长John Allen解释说:在轨道上的宇航员将受到辐射影响是肯定的了,受到的辐射剂量将是地面上普通工人受到工业辐射剂量的四倍。

  但是美国宇航局一直在研究轨道上的宇航员辐射剂量的积累情况,这个问题将影响宇航员的整个职业生涯,然而,精确的空间天气警报可以对这个影响进行控制,例如在可能发生太阳耀斑的时间段,推迟或取消太空行走。当然,并不是所有的警报都是危险的,美国国家航天局也会发布安全警报,有利于空间站合理安排宇航员在合理的时间段进行集中太空行走。

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