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比起吞噬地球这些太阳小脾气离我们更近

2019-02-18 09:09来源:中国天气网

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  太阳急剧老化,随时都有可能膨胀并吞噬地球,地球不得不开启了一段长达2500年的星际流浪之旅。这是被称为中国科幻电影里程碑的《流浪地球》为我们描绘的场景。那么现实中,太阳真的有可能吞噬地球吗?这一天离我们有多远?带着疑问,中国天气网采访了几乎每天都要和太阳打交道的国家空间天气监测预警中心工程师韩大洋。

  越烧越胖!太阳过去47亿年已经膨胀10%

  到目前,给我们带来光和热的太阳已经47亿岁了,正值青壮年。相比47亿年前,现在的太阳已经缓慢膨胀了大约10%。

  韩大洋介绍,太阳是一颗由炽热气体构成的巨大恒星,主要由氢和氦组成,内部温度高达1500万℃,在这儿的每一秒钟里,都有6亿吨氢发生聚变成5.96亿吨氦,而少了的400万吨物质则以能量的形式释放到太阳系的每一个角落。

  问题来了,按理说太阳越来越轻,应该越来越瘦才是啊,咋还变胖了呢?

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  决定太阳身材的不光是自身重量,还有高温高压所产生的膨胀效应。目前太阳上的四分之三左右是氢,剩下的四分之一不到是氦,而随着核聚变的不断进行,更多的氢转变为氦,太阳重量的流失导致太阳自身引力减弱;另一方面,氦汇聚在太阳核心区域,将产生比氢燃烧更高的温度和压力,使得内部向外膨胀的力量越来越大。

  随着太阳的不断“燃烧”,其自身重量减轻,引力减小,而内部的燃烧会越发剧烈,向外膨胀的力量不断增强,直到有一天燃料耗尽。韩大洋表示,暮年的太阳可能膨胀为直径28000万公里的红巨星,早已“吞噬”目前距离它只有15000万公里的地球了。

  “流浪”尚远 太阳的小脾气离我们更近

  看来有一天,太阳真的会吞噬地球。那么,我们是不是该准备跑路,准备“流浪地球”了?韩大洋说,现在去流浪还有点早。就目前来看,人类还不必为逃离太阳这个问题而操心,太阳大约还有50亿年的燃料可烧,即便再保守一些也差不多还有35亿年。

  但是,太阳在已经走过的47亿年时间里可是小脾气不断,时不时来个大耀斑、太阳海啸,给人类的生产生活带来破坏和打击。

  1859年9月1日,英国天文学家理查·克里斯多福·卡林顿在观测太阳黑子时发现其周围突然出现极为明亮的条状白光,持续数十秒后逐渐减弱。数分钟后,英国格林尼治天文台和基乌天文台都监测到地磁场的剧烈波动。17个半小时后,地磁波动强度“爆表”,与此同时,全球多地电报台站的发报机在闪着火花,电线发热甚至融化。而平时只在南北极地区才能见到的极光,一直延伸到了古巴和夏威夷。这就是人类遇到的最强空间天气太阳风暴——“卡林顿事件”。

  经过近四百年的研究到现在,我们发现,大约每11年,太阳活动就会由高峰进入低谷再返回到高峰,从未停止过。而在每一个周期内,太阳都会爆发几次强太阳风暴,随之而来的超级耀斑和几十次强地磁暴,对于已经习惯现代科技生活的我们来说,这些来自太阳的看不见又感受不到的威胁恰恰会给我们带来“致命一击”。

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  国家空间天气监测预警中心供图

  韩大洋表示,如果“卡林顿事件”级别的太阳风暴再爆发一次,可能会导致全球卫星报废、通信中断、电网瘫痪,靠仪表、无线电通讯、GPS导航的飞机、船只一下子变成了“瞎子”和“聋子”,地球电离层结构被破坏,丧失反射无线电波的能力……

  这些由于太阳的剧烈活动而导致的灾害被称太空时代的新气象灾难——空间天气灾害。

  太阳打“喷嚏” 地球也“感冒”

  空间天气灾害又是怎么形成的呢?“用一个形象的说法就是,太阳‘打喷嚏’,地球也可能会‘感冒’。”韩大洋介绍说,太阳的外层大气从太阳表面喷出,形成充盈整个太阳系的太阳风,地球就浸泡其间,只不过有地球磁场作为天然屏障我们才得以生存。太阳活动会导致太阳风和地球空间环境产生各种变化,正如地球大气中的短期变化过程被称为“天气”一样,日地空间中发生的各种短期变化过程被称为“空间天气”。太阳的剧烈活动,比如耀斑和日冕物质抛射等,还经常会制造空间天气事件来袭扰地球,并可能引发“空间天气灾害”。

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  国家空间天气监测预警中心供图

  这些灾害主要是太阳以辐射和高能物质的形式发出,影响近地空间以及地面的人造设施,这一类灾害正随着人类太空科技的进步而逐渐凸显出来,尤其是对卫星、航天器安全,以及航空、通信、导航等领域产生影响和危害。比如,在2003年10月底至11月初,发生了著名的“万圣节太阳风暴事件”,爆发了X28级太阳耀斑,是史上有记录以来最强大的耀斑。当时,约半数卫星出现故障,全球范围内的通讯受到干扰,全球定位系统精度降低。

  空间天气预报 为地球防范和太空探索保驾护航

  好在吃过几次大亏之后,人类已经开始着手应对来自太阳的威胁。通过建立太空卫星监测前哨站,结合地面太阳观测设备,实时无死角监测太阳的一举一动,尤其是透过其表面磁场活动对其可能发生的爆发作出预判,为地球的防范争取宝贵的反应时间。

  为了应对太空时代新灾害,世界各国都建设了相关研究部门,比如在美国,有隶属于国家海洋与大气管理局的空间天气预报中心(SWPC);在欧洲,则有各国联合组建的欧空局(ESA);在中国,有国家空间天气监测预警中心(NCSW)。他们通过监测数据和预报模型,对未来的太阳活动、行星际空间传播过程、磁层、电离层、高层大气的变化趋势做出判断,必要时发出太阳事件预警,为航天、航空、通讯、导航、电力、石油等领域保驾护航。

  2002年6月1日,中国国家空间天气监测预警中心成立,2004年7月1日开始正式发布空间天气监测预警产品,标志着我国国家级空间天气业务正式开始。经过多年发展,国家空间天气监测预警中心具备了为我国卫星发射和在轨载人航天活动、地面技术系统的安全、导航、通讯等应用系统提供空间天气保障服务的能力,同时,也成为了科研观测数据的供应者,以及空间天气应用研究的重要力量。

  韩大洋介绍,通过连续观测太阳表面的变化,结合太阳的黑子的动态,可以提前27天预判太阳的活动趋势。在过去的近四百年时间里,一代代科学家持之以恒连续对太阳黑子数进行记录,正是有了这些不同寻常的工作,我们才一步步揭开太阳的秘密。

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  太阳活动多(左)与太阳活动少(右)的对比(图片来源:SDO卫星监测)

  “目前,太阳活动正处于低年。”韩大洋说,最近的一次太阳活动高峰出现在2013年,黑子数出现数量大、频率高,可以推测下一次太阳活动高峰可能会出现在2024年左右。

  未来几年我国将加快太空探索的步伐,2019年继续嫦娥探月, 2020年发射一枚火星探测器,2022年左右建成空间站。韩大洋表示,随着越来越多的航天器进入太空,我们更不应该对空间环境掉以轻心。太阳活动低年的空间天气环境同样复杂多变,需要我们加强对空间环境的日常监测和预报,为航天任务保驾护航。(刘文静)

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