2013年超級太陽風暴重創地球?

2010-12-31 00:00:00徐文煊

大自然探索 2010年11期

2010年7月，美國科學家發出警告：太陽在2012年到2013年期間將進入新一輪活躍期，地球有可能面臨一場“超級太陽風暴”襲擊，屆時地球上許多地方的電網將被太陽風暴摧毀，手機網絡和互聯網將崩潰，電視機將沒有信號，收音機只能聽到—連串靜電噪聲……不過，由于太陽風暴干擾地球磁場，當夜幕降臨時，地球許多地防的天空中將出現五彩繽紛的極光。

太陽風暴是怎么一回事?什么時候會出現太陽風暴?什么是“超級太陽風暴”?面對太陽風暴我們應該怎么辦……本刊特別邀請天文學家介紹有關太陽風暴的方方面面。

1 太陽風暴警報

早在2010年年初，英國媒體就援引一些西方科學家的預測結果發布消息：當太陽從“沉睡”狀態中“蘇醒”以后，在2013年前后的某些時間，地球將遭受史無前例的太陽風暴的轟擊，屆時國家電網可能癱瘓，航空運輸將陷入嚴重混亂，電子產品、航空器件和大多數衛星可能停止工作。不久后，美國宇航局發布消息：強烈的太陽風暴發生的時間就在3年后，也就是2013年。有科學家警告說，除非采取適當的防備措施，超級太陽風暴將損壞一切應急無線電通信設備、醫療設備、銀行設備、航空控制設備，直至日常電器如家用電腦、電感電位分壓器等。如果情況果真如這些科學家所言，那么，由于現代社會人們對電子設備的巨大依賴性以及電子設備對磁能的敏感性，太陽風暴將留下巨額破壞賬單，人類社會生活將發生歷史性的大倒退。上述警告和說法不免有所夸大，但也并非沒有科學依據。空間飛行器攜帶的儀器拍攝的極紫外單色像顯示，地球周圍的磁層目前出現了一個面積相當于4個地球的大洞，而且還在擴大。這是巨大的太陽風暴爆發的預兆。地磁層能阻止高能粒子進入地球，是地球的保護層，一旦地磁層受到太陽風暴的擾動，太陽爆發產生的大量高能粒子將乘虛而入，影響通訊，威脅衛星，破壞臭氧層，如果不早作防范，后果將不堪設想。歷史上曾有過不少不算太嚴重的先例。1958年2月11日發生的一次全球性大磁暴(請參閱相關鏈接：磁暴的破壞)使世界各地無線電通信全部中斷，瑞典的電力線和通信遭到破壞，鐵路信號無法使用，磁暴引起的強大電流使絕緣材料起火燃燒，將安全閥和變壓器燒毀。1975年發生的一次磁暴使歐洲和北美之間的無線電通信全部中斷，歐洲和遠東的電報聯絡受到嚴重干擾。2008年2月26日發生的一次磁暴釋放出1500萬億焦耳的能量，發射了兩個等離子體云，一個飄離地球，一個飄向地球，在加拿大和美國阿拉斯加都能看到飄向地球的等離子體云同大氣作用產生的極光。這些磁暴都是太陽風暴造成的。

為了應對太陽風暴的威脅，2010年6月，美國宇航局科學家、政府決策者和研究^員齊集首都華盛頓，參加太空天氣方面的高峰論壇，討論太陽在2012年到2013年期間從“沉睡”中“蘇睡”進入活動期引發的太陽風暴對地球的嚴重影響，以及如何采取措施做好空間天氣監測工作，預防和減少太陽風暴帶來的損失。事實上，美國宇航局早在2001年就形成了—個名為“生命與恒星”的計劃，旨在研究和處理^類在太陽大氣中生活的空間天氣問題，特別是如何對太陽風暴進行預警。該計劃規模宏大，將發射5組空間探測器組成—個飛船艦隊“氣象站”，以最新方式分布在廣闊的太陽大氣里面，觀測太陽大氣的各種狀態。這5組空間探測器分別是：

——太陽動力學觀測站。用高清晰度照相機拍攝太陽黑子和耀斑，以前所未有的清晰度揭示太陽風暴。

——太陽探測器。深入到距離太陽700萬千米的太陽大氣中，就地獲取太陽風和磁場樣品。

——太陽風暴檢測飛船。一共有6艘，其中4艘分布在距離太陽3750萬千米的位置上測量x射線、射電和中子輻射，獲取高能粒子和等離子體信息，第5艘位于地球附近，在紫外和可見光波段觀測日冕，最后一艘位于地球后面，檢測太陽光球磁場。

——輻射帶暴探測器。用來測量空間形成的相對論電子和離子對太陽活動和太陽風的響應。

——電離層一熱層暴探測器。用來研究電離層和熱層的密度分布以及地磁的不規則性。

2 太陽活動預測

透過天文望遠鏡可以看到，太陽表面有時會出現一些黑點，這就是有名的太陽黑子。太陽黑子是天文學家最熟悉的太陽活動形式，黑子來了又去，留下反映太陽活動水平高低的標記。科學家通過長期觀測發現黑子數目和黑子群面積變化存在11年左右的周期性。后來又發現，黑子活動周期也就是太陽活動周期。

在一個太陽活動周期的末期，黑子數跌落到最少，太陽風暴數量減少到最小，一切變得很平靜，這叫太陽極小。一般說來，太陽極小的時間不長，在太陽極小過去不到一年，就會出現下一個太陽活動周期(太陽極大)的上升跡象。但是，最近的太陽極小異乎尋常，即使太陽預報專家也無法判斷下一個太陽活動周期會從何時開始。

2006年3月10日，美國有關方面宣布，太陽極小來了，黑子幾乎為零，不存在太陽耀斑，太陽平靜得很。根據這一現象，美國國家天文研究中心發出預報：一場50年來最強的太陽極大即將來臨，太陽活動將比以前的周期強30％到50％。如果這—預報無誤，就可能出現強度僅次于1958年的大太陽風暴。到了2007年年底，太陽仍然平靜。美國科學家哈薩韋利用計算機模擬作出預測：2008年將出現比較多的黑子。哈薩韋說： “可以想象，下—個太陽活動周期將是—個‘非常顯著’的太陽活動周期，有很多黑子、很多太陽風暴和很多能量釋放到空間。”然而，實際觀測結果顯示，2008年的太陽比預計的平靜得多，這一年有266天沒有黑子，即73％的晴天太陽上沒有黑子。這種情況即使在太陽極小的年份也很少見到(有記錄以來，只有1913年太陽極小時出現過類似情況，那一年有85％的晴天沒有出現太陽黑子)。到200'~，太陽活動繼續變弱，直到2009年12月中旬才出現近幾年來最大的黑子群。2009年以后，黑子幾乎消失殆盡，少得連資深的太陽觀測者都感到驚訝。

以上眾多奇怪現象，讓太陽物理學家也不知應該如何估計下—個太陽活動周期的發展趨勢。這是—個值得重視的科學現象——在長時間的太陽極小過后，黑子出現了—個較長的恢復期，但恢復期標志卻不明顯。它和歷史上出現的“蒙德極小期”極為相似(所謂“蒙德極小期”，是指1645年到1715年期間黑子幾乎消失、太陽活動極其稀少的時期，發現者是德國科學家蒙德，故名之)。德國科學家弗洛指出，如果類似情況從現在開始延續到2100年，全球氣溫將平均降低0.3℃。他還預言，在2009年到2010年期間，歐洲將出現異常寒冷的冬季。實際情況果真如此，弗洛的研究結論得到了廣泛支持。

那么太陽活動是如何影響地球氣候的呢?美國女天文學家迪克帕蒂根據大量空間和地面望遠鏡觀測結果提出，太陽上有兩個氣體輸運帶，它們是在太陽表面內外穿越的無限循環的物質和磁場。太陽輸運帶類似于美國科幻電影《以后的日子》里的海洋輸運帶。電影里的海洋輸運帶是將所攜帶的水和熱量從一個海洋輸運到另一個海洋的循環網絡，海洋輸運帶停止，全世界氣候就變得一片混亂。太陽輸運帶攜帶的不是水，而是電流，是在太陽赤道到兩極的磁環中往返流動的帶電氣體。正如地球上巨大的海洋輸運帶對地球天氣有很大影響一樣，太陽輸運帶也會對太陽天氣產生巨大影響，具體來說，它能控制太陽黑子周期。

太陽黑子被科學家稱為洞悉太陽磁場“靈魂”的窗口，它們形成的地方就是產生于很深的太陽內部的巨型磁環在穿過太陽表面時浮現和爆發的地方。由于浮現和爆發會失去部分能量，所以太陽表面這些地方的溫度要低一些，看上去要暗一些，就像黑點，故被稱為“黑子”。由此可知，黑子數的任何變化都反映著太陽內部的變化。只有在太陽黑子爆發的瞬間，我們才有可能真實地看到太陽的內部。另一方面，黑子是太陽“內部發電機”產生的紊亂磁場的扭結點(磁節)留在微弱磁場里的“尸體”。當輸運帶頂部從太陽表面掠過時，掃去廢舊的老黑子磁場，攜帶著黑子“尸體”從太陽南、北極落入20萬千米深的太陽內部。在那里，磁發電機效應又使黑子“尸體”產生浮力，浮到太陽表面成為新的太陽黑子。這一切發生得非常緩慢，完成—個循環大約需要40年的時間。

當太陽輸運帶變快時，意味著未來周期黑子活動將增強。大量觀測表明，1986年到1996年期間太陽輸運帶變快，掃去了較多的老磁場，因此，在2010年到2011年期間，應當再次出現大黑子。哈薩韋認為，下—個太陽極大將出現在2010年或2011年，應當很“顯著”，而且來得比較快。但迪克帕蒂預計，下—個太陽極大可能出現在2012年。兩位科學家的預報有一年之差，說明現有的預報理論還不夠完善，但不管根據哪種理論， “太陽風暴即將到來”這個結論是肯定的。

3 太陽耀斑爆發

2000年6月8日，加拿大北極地磁觀測站突然與外界中斷了聯系，連手機也打不通。6月9日凌晨3時左右，我國滿洲里、長春和蘭州上空F2層電離層均遭到重創。9時，我國南方地區上空電離層臨界頻率出現明顯下降。此后，在6月11日和7月份多次出現類似現象。研究證明，上述現象都與太陽耀斑爆發有關。

所謂“太陽耀斑”，是指太陽表面上局部區域突然大規模地釋放能量。換句話說，耀斑就是太陽大氣里的一種爆發活動。耀斑不僅出現在光學波段，在射電輻射、可見光、紫外線、x射線直到y射線的整個電磁波譜上都有。同時，還出現電子、質子和重離子等帶電粒子的加熱和加速過程。耀斑期間發射的x射會比平時增強1000倍，紫外輻射也有明顯增強。x射線增加會大大增加地球大氣中電離層的電子密度。全球導航和通信衛星都位于地球上方極易受太陽耀斑影響的位置上，很容易受到傷害，所以當出現太陽耀斑爆發增強時，短波無線電通信將受到嚴重干擾，甚至導致無線電通信中斷。

1989年3月13日至14日，太陽耀斑造成的地球磁暴使全球無線電通信受到干擾，日本一顆通信衛星出現異常。美國一顆衛星的軌道下降。1994年1月20日至21日，兩顆加拿大通信衛星在太陽耀斑的影響下發生故障。2000年西方萬圣節期間，一系列太陽風暴連續襲擊地球周圍，至少造成兩顆衛星失靈，60％的美國宇航局衛星上的計算機出現故障。1998年5月19日美國“銀河4號”通信衛星因受太陽耀斑影響而失控，德國一顆科學衛星也報廢。2000年7月14日在太陽耀斑嚴重影響下，歐美的多顆重要的科研衛星受到嚴重損害。2010年1月美國國家科學院公布的一份報告指出，不久后的一次“超級太陽風暴”將使美國經濟損失1萬億～2萬億美元。在太陽活動22N峰年期間，全球定位衛星GPS9783發生了13次個位翻轉錯誤，每次都與太陽耀斑有關。

研究認為，太陽耀斑還會對地球氣候產生影響，給歐洲帶來嚴寒(請參閱相關鏈接：太陽耀斑對地球氣候的影響)。

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太陽耀斑對地球氣候的影響

從理論上講，太陽耀斑爆發將大量能量釋放到行星際空間，以電滋輻射和高能粒子形式傳到地球附近，因而應當對地球的溫度產生影響。但以前科學家—直以為，太陽輸出基本上固定不變，因此叫它“太陽常數”。15年前，美國宇航局和歐洲空間局共同發射了“日地觀測衛星”(簡稱SOH0)，它對兩個太陽極小、—個完整的太陽周期和另外兩個太陽活動周期的—部分進行了觀測。結果顯示，在最近的太陽極小期，太陽輸出比前面的平靜期間低0.015％。美國宇航局在1980年發射的“太陽峰年衛星”也觀測到太陽輸出的變化，顯示在同—個太陽周期里，幾天或幾周內太陽釋放的能量可能變化0.1％，這些數字雖然不大，其意義卻非常重要，說明“太陽常數”并不不是一個固定值，而是有微小的變化。

這些微小變化對地球氣候有沒有影響呢?從2003年起，空間飛行器在不同波長上測量了太陽輸出的強度，證明地球氣候變化不僅與太陽活動有關，而且與太陽電磁輻射中的紫外輻射關系密切。同太陽活動有關的紫外輻射是極遠紫外輻射(ELW)。觀測表明，EUV同太陽耀斑有很強的關系：在太陽耀斑爆發期間，ELW出現明亮的閃耀——ELW暴。這種閃耀有助于把耀斑爆發的能量帶進空間，輸送給地球大氣層里的臭氧層。臭氧層位于大氣層的同溫層(又叫平流層)，能吸收紫外輻射，較多的紫外輻射進入同溫層意味著在那里能形成較多的臭氧，而較多的臭氧將導致同溫層吸收更多的紫外輻射，所以在太陽活動上升期間同溫層將被加熱。在同溫層熱量增加的背后可能意味著歐洲溫度的升高。有科學家在1996年明確提出，同溫層溫度升高影響歐洲上空的高空氣流從西向東穿過，還有科學家進—步指出，在太陽活動低的時候，高空氣流容易碎裂形成巨大的“漫游者”，阻止來到歐洲的溫暖的西風，讓西伯利亞的北極風得以控制歐洲的天氣

4 當太陽風襲來

有人形象地把“太陽上發生耀斑，地球上出現反應”比作：太陽打“噴嚏”，地球就“感冒”。這種“噴嚏”與“感冒”的關系表明，在太陽和地球之間存在我們看不見的“聯絡線”。這個“聯絡線”就是太陽風。巨大太陽風襲擊地球所帶來的災難是巨大的。供電系統和通信網絡將遭到破壞，信息不暢通，指揮不到位，沒有警報，沒有光明，使整個國家陷于混亂無序之中，空中交通管理失控，醫院手術和其他治療無法進行。沒有電，沒有互聯網，電視或報紙都沒有，人類文明將回到18世紀。

所謂太陽風，指從太陽上“吹”來的風，不過它不是空氣流動，而是帶電粒子流和磁場。太陽風有兩種來源，一種是百萬攝氏度高溫的日冕物質自然膨脹形成的，叫做“寧靜太陽風”，平均速度是每秒450千米；一種是太陽大氣里的爆發活動產生的，叫做“擾動太陽風”，速度較高，—般在每秒1000千米以上，最高可達每秒3200千米。在擾動太陽風中，有一種來自日冕物質拋射(CME)，也是太陽大氣里的一種爆發活動，發生在太陽最外層大氣——日冕上，是從日冕向外拋射物質。一次巨大的CME拋射的物質可達到180億噸。CME一般是獨立產生的，有時也和耀斑共生，有趣的是它還能在行星際空間產生。

太陽風“吹”到地球，將擾亂地球的磁層。地磁層是地球周圍的—個保護層，—個看不見、摸不著的巨大磁化區域，是太陽高能帶電粒子的天然屏障，正因為有了這道屏障我們才能安安穩穩地生活在地球上。地磁層的外邊緣與行星際交界的地方叫“磁層頂”。在地磁南、北極上方的磁層頂形狀像漏斗，它允許少量太陽風帶電粒子“漏”進磁層，在地球附近沿磁力線繞圈子。同時向地球兩極沉降，在沉降過程中與地球高層大氣發生碰撞，發出燦爛的光芒，這就是極光。由于這些粒子只向地球兩極沉降，所以極光一般只出現在兩極地區上空，但在大量帶電粒子“漏”進磁層的情況下，地球的中、低緯地區上空也有可能出現極光。

一般情況下，太陽風把地球向陽面磁層向里壓縮，背陽面磁層向外拉伸形成長長的磁尾，磁層本身則巋然不動。當磁層受到擾動時，磁層防御太陽風的能力會削弱，讓高能帶電粒子進入磁層。一般的擾動稱為“磁層擾動”，強烈的擾動稱為“磁暴”。在磁暴期間，磁層失去防御能力，高能帶電粒子便—擁而上，來到地球附近，產生各種效應，制造多種破壞：當太陽風掠過地球時將使電磁場發生變化，引起地磁暴、電離層暴，影響通信特別是短波通信；對地面電力網、管道發送強大感生電流，影響輸電、輸油、輸氣管等系統的安全，甚至造成管道爆炸；影響衛星在太空中的正常運行，破壞衛星上的儀器設備；大劑量輻射引起人體免疫力下降，造成病變、情緒波動，間接導致車禍等事故發生；使氣溫升高，致使生態環境失去平衡。

名詞解釋

太陽組成太陽由太陽大氣和太陽內部兩部分組成，太陽大氣分為三層，由里到外分別是光球、色球和日冕，日冕又分為內冕和外冕。內冕是真正的太陽大氣，外冕實際上是太陽大氣向外延伸的部分。太陽內部位于光球里面，這里溫度很高，壓力很大，時刻進行著由氫轉變成氦的熱核過程，產生大量能量。太陽內部產生的能量由磁場輸運到太陽大氣里，供太陽活動和向外輻射。

太陽活動發生在太陽各層大氣里的各種活動的總稱，包括黑子、耀斑、譜斑、日珥和日冕物質拋射等。黑子產生在光球，耀斑和譜斑出現在色球，日珥和日冕物質拋射是日冕的活動現象。各種太陽活動之間有聯系，但它們常常是獨立出現的。

黑子周期日面上黑子數目和黑子群的面積都呈現由小變大和由大變小的過程。黑子數和黑子群的面積由極大－極小－極大所需的時間叫做黑子活動周期，約為11年。后來發現，這也是太陽活動周期。

太陽活動極大是指在一個太陽活動周期內太陽活動最頻繁的年份。

太陽活動極小是指在一個太陽活動周期內太陽活動最不活躍的年份。

磁暴的破壞

地球磁層又叫地磁層或磁層，是地球的保護傘，有了磁層，我們才能安全地生活在地球這個宇宙綠洲上。如果沒有磁層，一旦發生磁暴，我們將受到以下一系列的破壞和傷害：

生物系統越來越多的證據表明，地磁場變化會影響生物系統，比如在地磁暴期間信鴿的導航能力會下降。信鴿、海豚和鯨等遷徙動物的體內都有“生物羅盤”，即包裹在束神經細胞里的礦物磁場。 “生物羅盤”使信鴿等遷徙動物擁有種叫做“磁接收”的能力。在磁暴期間，地磁場被擾亂，這些動物的磁接收能力就會減低甚至喪失，導致其導航能力下降。研究表明，人類在身體緊張時，其生物學系統也可能對地磁場起伏有響應。

通信系統許多通信系統利用電離層把無線電信號反射到遠方。電離層暴能影響一切緯度的無線電通信，一些無線電頻率被吸收，另一些則被反射，導致信號快速漲落和出現意想不到的傳播路線。太陽活動對電視和商業無線電網的影響較小，但在地面對空間、船舶對岸上方面，常使短波廣播和業余無線電愛好者使用的頻率受到騷擾。利用HF波段的無線電工作者可依靠太陽和地磁的警報，保持其通信線路正常運行，但一些軍事探測系統和電報系統，則受到太陽活動的較大影響，主要如下：

——受太陽活動影響的軍事探測或早期預警系統。包括：依靠從電離層彈回的信號在遠距離上探測飛行器和遠程導彈發射的超視距雷達，它們在地磁暴期間可能受無線電紊亂的嚴厲束縛；利用潛艇磁標識作輸入定位的潛艇探測系統，它們在地磁暴期間可能輸入假信號和錯誤信號。

——電報系統。以前的電報使用一根數千米長的金屬線作為數據傳輸線，使用大地作為返回線，用電池提供直流電源。這樣的線路容易受環流造成的漲落影響，當電池極性減弱或者加上過強的或假的信號時，地磁暴感應的電壓與電流可導致信號減弱。操作員在這種情況下甚至切斷電池電源，依靠感應電流作為電源。在極端情況下感應電流很高，會造成接收端爆裂起火、操作人員遭電擊等惡性事件。地磁暴還會影響長途電話線，包括海底電纜(光纖電話線除外)。地磁暴對通信衛星的破壞是擾亂地球與空間的電話、電視、無線電和互聯網。

導航系統當太陽活動妨礙信號傳播時，對GPS和遠程導航系統造成不利影響。

衛星地磁暴和太陽紫外輻射增強使地球上層大氣加熱，造成空氣膨脹，當熱空氣上升時，遠在1000千米遠的衛星軌道上的空氣密度會顯著增加，從而增加空間對衛星的阻力，造成衛星速度減慢和下落，最后在空氣中燒毀。較強的太陽活動曾造成美國的“天空實驗室”空間站過早地再入地球大氣層。在1989年3月發生的巨大磁暴期間，有4顆美國海軍導航衛星離開服務軌道長達一個多星期，美國航天司令部還公布了受影響的1000多個飛行器新的軌道數。同年12月，著名的“太陽峰年衛星”也跑出了軌道。

地質考察地質學家在研究石油、天然氣和其他礦床時，常利用地磁場作為標識來確定地下巖石的結構，這種研究大多只能在地磁場靜止時進行，因為這樣才能真正探測到磁場標識，但也有一些研究只能在地磁暴期間進行，因為這時地下電流能幫助研究人員觀測地球表面以下石油或礦物的結構。由于這些原因，許多研究者利用地磁警報和預報來安排他們的測量活動。

電網當磁場相對于附近導體(如金屬絲)移動時，導體中便會產生感應電流。在地磁暴期間，所有長傳輸線上都可產生感應電流。同樣的機制在電報和電話線中也有效。因此，使用數千米長傳輸線的電力系統容易遭到感應電流的破壞。在這方面，中國、北美和澳大利亞尤其要注意。歐洲電網應用較短的電纜，受這種效應的影響小得多。

管道快速起伏的地磁場可在管道里產生地磁感應電流，造成許多問題，如在管道里流動的物質發送錯誤的流動信息，使管道的腐蝕率急劇增加，等等。如果在磁暴期間不正確地使電流平衡，腐蝕率可能一次次增加。因此，管道管理者應收聽空間天氣警報，提前做好防御性測量。

5 應對太陽風暴

前面所述的種種由太陽大氣里的劇烈爆發活動(黑子爆發、耀斑爆發、日冕物質拋射等)釋放的大量帶電粒子所形成的高速粒子流，科學家稱之為“太陽風暴”。根據美國宇航局發出的最新警告，在2013年第24個太陽極大到來時，地球上有可能遭遇“超級太陽風暴”的襲擊。姑且不論屆時是否真的發生“超級太陽風暴”，未雨綢繆、做好應對太陽風暴的準備無疑是必須的。

1859年的“卡林頓事件”是一個提醒(參閱相關鏈接：卡林頓事件)，不過當時沒有手機，沒有GPS導航系統，沒有衛星，沒有許許多多現代技術設備，人們只是借助電報網通信，運用羅盤進行全球導航，因此當時的太陽耀斑大爆發僅對電報網和羅盤產生了影響，使電報發不出去，羅盤失去作用，僅此而已。然而，今天的情況已大不相同，各種電器設備進入千家萬戶，電視機、電話機、手機、電腦等已成為平民百姓的日用器具，家家戶戶都用電、用煤氣，電線、管道成為城市居民的生活必需品，并且已經發展到廣大的農村。可想而知，在今天如果遭遇像：卡林頓事件，那樣的太陽風暴，世界的經濟損失和物質損失將遠遠大于當年。那么，面對嚴重太陽風暴的威脅，我們應該怎么辦?

為了預防太陽風暴，我們首先要了解太陽風暴，這包括確定太陽極大到來的時間和太陽風暴打擊地球的時間。當然，確定太陽極大到來的時間是困難的，因為巨大太陽風暴出現在太陽磁場周期(22年)和黑子周期(11年)的交會時間，如果太陽磁場周期和黑子周期正好是22年和11年，那么每隔22年就會出現巨大的太陽風暴。但是，11年的黑子周期只是一個平均值，實際上黑子周期曲線就像過山車，上下震蕩得很厲害，有時是9年，有時是13年或14年。曲線的峰值和谷值差異也很大，有些峰值高，有些峰值低；有些谷值的持續時間異常短暫，僅兩年，有些谷值的持續時間卻拉得很長。例如在17世紀著名的“蒙德極小期”，太陽暴跌到70年無黑子。由于很難計算太陽磁場周期和黑子周期的交蕩點，因此科學家無法給出産巨大太陽風暴的準確時間。

即將到來的第24個太陽活動周期基本上處在上述兩個周期的交匯時間，所以科學家預報有可能出現巨大太陽風暴。由于預報專家組成員采用的計算模型不盡相同，得到的交匯時間有所不同，所以在2007年發布早期預報時，專家組中存在著尖銳分歧，最后大家接受了這樣的方案：太陽極小在2008年，后面既可能在2011年出現一個強的太陽極大，也可能在2012年出現一個弱的太陽極大。

預報太陽風暴打擊地球的時間關鍵在于觀測，因為太陽風暴來自太陽大氣活動，太陽大氣活動的能量來自太陽磁場，太陽磁場產生于太陽內部，由輸運帶輸運到太陽大氣里，太陽大氣里的磁場位形發生巨大變化就能出現耀斑，釋放電磁波和高能帶電粒子。如果耀斑位于日面中心，耀斑指向地球，只需8分19秒，電磁輻射就能到達地球，18小時后高能帶電粒子就能來到地球附近，轟擊地球大氣，造成太陽風暴。而位于日面邊緣的耀斑則需要等太陽自轉將耀斑轉到指向地球時，地球上才能接收到它的輻射，因此時間就會長一點。觀測耀斑，了解耀斑發生的時間和位置，就能預警太陽風暴的發生。

美國宇航局的“先進綜合考察衛星”目前正日夜不停地在太空進行監測，可以提前15～60分鐘預警太陽風暴的發生。但實踐結果表明，15～60分鐘的預警時間對做預報是不夠的。所以，太陽物理學家正在嘗試了解太陽耀斑觸發機制，以改善太陽耀斑預報能力。目前美國宇航局的“日地關系天文臺”(STEREO)正在進行相關的探測試驗。STEREO由兩艘完全相同的飛船組成，彼此分開數百萬千米，飛行軌道與地球軌道相同，一艘在地球前面，一艘在地球后面，到地球的距離相同。它們用相同的儀器觀測太陽和地球之間的空間區域，搜尋太陽表面上方突然出現的膨脹等離子體泡。耀斑一旦爆發，兩艘STEREO立刻從兩個有利的觀測點上分別進行探測。利用它們提供的觀測資料，科學家可以重建太陽氣體噴射三維圖像，確定噴射方向，預測它們是否會打擊地球。

一旦太陽風暴擾動和轟擊地球大氣，英國科學家就會啟動“超級雙極光雷達網”觀測從南極和北極進入地球大氣的粒子，了解太陽風暴如何同地球作用及其所產生的破壞性效應。不過，要從根本上了解太陽耀斑觸發機制還得像“生命與恒星”計劃描述的那樣，用分布在太陽到地球之間的廣闊空間的飛船艦隊“氣象臺”嚴密監視太陽的一切活動。

預防太陽風暴最要緊的是建立危機感，認識我們正面臨太陽風暴的威脅。太陽和地球之間有1.5億千米的空間距離，從表面上看這是一個很安全的距離，但自空間時代以來，特別是最近幾年，人們越來越認識到這1.5億千米其實并不安全一來自太空飛船和地面的觀測指出，地球位于太陽外大氣層之中，被太陽風暴打來打去，經常受到太陽風暴的高能粒子襲擾。

在20世紀之前，太陽風暴對人類生活似乎并未產生什么影響，但在今天，空間天氣對人類生活的影響越來越大。目前有500多顆人造衛星正繞著地球旋轉，電視、電話、互聯網、GPS導航和天氣預報都要依靠它們，而它們對空間天氣十分敏感；搭載著宇航員的“國際空間站”日夜不停地繞地球運行，它位于地磁場內部，享有地球的防護，但在不久的未來，宇航員還要去月球和火星，他們的旅途大部分都將在地磁場外面，太陽風暴將直接危及宇航員們的安危。所以，關注太陽風暴并積極應對它們顯得越發重要。

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卡林頓事件

1859年8月28日至9月2日，光潔的太陽表面上出現了許多黑子。9月1日，為了研究太陽黑子，英國天文學家卡林頓在紅日升起的時候走進觀測室，打開天窗，開始工作。像往常一樣，他把大望遠鏡指向太陽，鋪開紙，用筆畫起黑子來。11時18分，正當他畫好一個結構復雜的大黑子群時，他的眼前突然一亮：黑子群里閃出兩個明亮的小光點，它們快速地向同一方向移動，5分鐘后消失在黑子群中。起初，這并未引起卡林頓的太多注意，但在18個小時后，歐洲許多地磁觀測站記錄到了強烈的地磁擾動，印度孟買戈拉巴天文臺測量到地磁水平分量減少，同時電報發不出去，羅盤的指針不停地擺動，短波無線電波傳不出去。更令人費解的是，當晚北歐和美洲北部大部分地區的天空中出現了五彩繽紛的極光，紅的、綠的、藍的，像天鵝絨似的，美麗極了。美麗的極光甚至在夏威夷、墨西哥、古巴和意大利上空都能看到。這就是著名的“卡林頓事件”。

卡林頓看到的亮點其實就是太陽上的巨大耀斑。一個大耀斑可發射高達60億億億焦耳能量，比1000萬座巨大火山爆發釋放的能量還要多。1945年8月6日，美國在日本廣島投下一枚原子彈，將面積本來就不大的廣島市大部分夷為廢墟。然而，同太陽耀斑相比，原子彈的爆炸力真是小巫見大巫。太陽耀斑釋放的能量比1001乙枚原子彈同時爆炸產生的能量還大，相當于100億枚氫彈爆炸。如果用這些能量來發電，可發出2萬億億千瓦電，可供63萬億只100瓦的電燈泡日夜不停地照明1億年!