书城科普读物发现太阳系
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第11章 太阳系的中心——太阳的秘密(2)

日冕直径为太阳的8~80倍,白里透蓝,柔和淡雅,十分美丽。不过日冕的温度非常高,可达摄氏200万度。而太阳表面温度只有摄氏6000度。令人不可思议的是,离太阳中心最近的光球,温度是几千摄氏度。稍远些的色球,温度从上万摄氏度到几万摄氏度。而距离太阳中心最远的日冕,温度竟然高达百万摄氏度。这一反常的现象意味着什么、科学家们目前还未找到合理的解释。

日冕仪是一种能人为地制造日食,用来研究太阳的日冕和日珥的形态和光谱的天文仪器。日冕仪最初必须放到高山上使用,以避免地球大气散射光的影响。现在适用性已大大提高,已经可以放到火箭、轨道天文台、空间站上进行大气外观测。

科学家在草原上进行过一次对日偏食的观察。日偏食开始后,草原和山丘上的牛羊马匹依旧安详地低头吃着草,可当原本晴朗的天空亮度却渐渐下降。日全食开始前的一瞬间,一股猛烈的冷风突然刮起,席卷大地。天空瞬间变暗,正在食草的牲畜们惊慌失措,狂奔乱跑,大声嘶鸣,刹那间天地一片漆黑。

破坏高手——“放肆”的太阳风暴

太阳风是从恒星上层大气射出的超声速等离子体(带电粒子)流。在主体不是太阳的情况下,这种带电粒子流也常称为“恒星风”。

黑子活动高峰带来太阳风暴

太阳会在太阳黑子活动的高峰时产生太阳风暴,它是由美国“水手2号”探测器于1962年发现的,它是太阳因能量的增加而使得自身活动加强,从而向广袤的空间释放出大量带电粒子所形成的高速粒子流。科学家把这一现象比喻为太阳打“喷嚏”。由于太阳风中的气团主要内容是带电等离子体,并以每小时150万~300万千米的速度闯入太空,因此它会对地球的空间环境产生巨大的冲击。太阳风暴爆发时,将影响通信、威胁卫星、破坏臭氧层,对人体的健康也会造成一定影响。太阳的活动对地球至关重要,因而太阳一打“喷嚏”,地球往往会发“高烧”。太阳风暴伴随太阳黑子活动,每隔11年发生一次。

据悉,20世纪70年代的一次太阳风暴导致大气活动加剧,增加了当时属于苏联的“礼炮号”空间站的飞行阻力,从而使其脱离了原来的轨道。1989年,太阳风暴曾使加拿大魁北克省和美国新泽西州的供电系统受到破坏,造成的损失超过10亿美元。由太阳黑子活动引起的太阳风暴对商业卫星也是重大的考验。目前,各国科学家正在积极研究太阳风暴,但是对太阳剧烈活动、太阳黑子爆发、太阳风暴对地球的具体影响以及如何预防,还需进行不懈的研究。

太阳的“闪光”现象

1850年,一位名叫卡林顿的英国天文学家在观察太阳黑子时,发现在太阳表面上出现了一道小小的闪光,它持续了约5分钟。卡林顿认为自己碰巧看到一颗大陨石落在太阳上。到了20世纪20年代,由于有了更精致的研究太阳的仪器。人们发现这种“太阳光”是普通的天文现象,它的出现往往与太阳黑子有关。例如,1899年,美国天文学家霍尔发明了一种“太阳摄谱仪”,能够用来观察太阳发出的某一种波长的光。这样,人们就能够靠太阳大气中发光的氢、钙元素等的光,拍摄到太阳的照片。结果查明,太阳的闪光和陨石毫不相干,那不过是炽热的氢发生了短暂的爆炸而已。

天文学家仔细地研究了太阳的闪光,发现在这些爆发中显然有炽热的氢被抛得远远的,其中有一些会克服太阳的巨大引力射入宇宙空间。氢的原子核就是质子,因此太阳的周围有一层质子云。1958年,美国物理学家帕克把这种向外涌的质子云叫做“太阳风”。向地球方向涌来的质子在抵达地球时,大部分会被地球自身的磁场推开。不过还是有一些会进入大气层,从而引起极光和各种放电现象。向地球方向射来的强大质子云的一次特大爆发,会产生可以称为“太阳风暴”的现象,这时,磁暴效应就会出现。

小型的太阳闪光是十分普通的天文现象,在太阳黑子密集的部位,一天能观察到一百次之多,特别是当黑子在“生长”的过程中更是如此。像卡林顿所看到的那种巨大的闪光是很罕见的,一年只发生过很少几次。在20世纪之前,这类情况对人类并没有发生什么影响。但是,到了20世纪,人们发现,磁暴会影响无线电接收,各种电子设备也会受到影响。由于人类越来越依赖于这些设备,磁暴也就变得越来越事关重大了。比如说,在磁暴期内,无线电和电视传播会中断,雷达也不能工作。

太阳风“吹出”彗星尾巴

使彗星产生尾巴的也正是太阳风。彗星在靠近太阳时,星体周围的尘埃和气体会被太阳风吹到后面去。这一效应也在人造卫星上得到了证实。像“回声一号”那样又大又轻的卫星,就会被太阳风显著吹离事先计算好的轨道。

如果太阳风来临

美国宇航局在观测宇宙气象时,发现2013年太阳再次会苏醒,爆发太阳风暴。如果这一切成真,给人类带来的经济损失,预计将是卡特里娜飓风的20倍(2005年“卡特里娜”飓风重创美国新奥尔良州,造成1250亿美元损失)。

而近期,美国科学家发布了一份特殊报告,报告中预测了2012年9月22日将出现太阳风暴,分析称这可能引起一次地球灾难,90秒之后美国一些地区将陷入灾难危机。由此,美国很可能会沦落为发展中国家,经济损失达数万亿美元,恢复可能需要4~10年时间,其破坏力远远超过“卡特里娜”飓风。

该预测称:2012年9月22日午夜时分,纽约曼哈顿上空将出现闪烁的彩色光芒,纽约市民很少会看到如此短暂而独特的类极光现象(这只有在南极才会看到)。在短短几秒内,居民家中的灯泡开始变得昏暗并不停闪烁,接着又变得不同寻常地明亮。之后灯泡就完全熄灭了。在90秒之内,美国东部一半的地区将陷入停电危机之中。一年之后,数百万的美国人将陆续死亡,国家的基础性设施将濒于崩溃。世界银行将宣布美国变成发展中国家,欧洲的斯堪的纳维亚半岛(瑞典、挪威、丹麦、冰岛的泛称)、中国和日本也将出现同样的灾难,这场灾难源于一次猛烈的太阳风暴——来自距离地球1.5亿千米之遥的太阳。

太阳风的发现是20世纪空间探测的重要发现之一。经过近40年的研究,对太阳风的物理性质有了基本了解,但是至今人们仍然不清楚太阳风是怎样起源和怎样加速的。太阳风是怎样得到等离子体的供应及能量的供应问题是空间物理学领域中长期研究仍悬而未决的一大课题。

“卡特里娜”飓风所带来的社会和经济损失可达到810亿~1250亿美元。依据美国科学院研究报告,假设出现一次“严重的地磁暴事件”,很可能会导致高达2万亿美元的损失。并且这仅是灾难出现第一年所出现的经济损失,如果要从灾难中恢复需要4~10年时间,世界各国如何应对这场灾难将成为重大课题。

太阳风撞击地球——极光的形成

“极光”这一词来源于拉丁文伊欧斯。在传说中,伊欧斯是希腊神话中“黎明”的化身,是希腊神泰坦的女儿,是太阳神和月亮女神的妹妹。

散发着神秘色彩的“极光”

长久以来关于极光的神秘一直是人们想要了解与探索的。20世纪,人们利用照相机、摄影机及卫星,可以清楚地看到及了解太阳能流与地球磁场碰撞产生的放电现象。但在无高科技精密仪器的时代,人们只有发挥无穷的想象力,来叙述这奇妙的大自然景色。

爱斯基摩人一度以为极光是鬼神引导死者灵魂上天堂的火炬。13世纪时,人们则认为那是格陵兰冰原反射的光。后来,有人认为它是地球外缘燃烧的大火;有人则认为它是夕阳西沉后,天际映射出来的光芒;还有人认为,它是极圈的冰雪在白天吸收储存阳光之后,夜晚释放出来的一种能量。直到17世纪,人们才称它为北极光——北极曙光(在南极所见到的同样的光称为南极光)。

极光是如何形成的呢

随着科技的进步,极光的奥秘也越来越为我们所揭示,原来,这美丽的景色是太阳与大气层合作表演出来的作品。在太阳创造的诸如光和热等形式的能量中,有一种能量被称为“太阳风”。太阳风是太阳喷射出的带电粒子,是一束可以覆盖地球的强大的带电亚原子颗粒流。太阳风在地球上空环绕地球流动,以大约每秒400千米的速度撞击地球磁场。而地球的高层大气,受到太阳风的轰击后会发出光芒,就形成了极光。

极光出现的高度一般在离地面100千米到500千米的高空,实际上在那里的空气是十分稀薄的,只有人造卫星可以在这一高度经过。

极光为什么只发生在地球南北极

极光最常出没在南北磁纬度67°附近的两个环状带区域内,分别称做南极光区和北极光区。北半球以阿拉斯加、北加拿大、西伯利亚、格陵兰冰岛南端与挪威北海岸为主;而南半球则集中在南极洲附近。值得一提的是:北极附近的阿拉斯加、北加拿大是观赏极光的最佳地点,阿拉斯加的费尔班更赢得“北极光首都”的美称,一年之中有超过200天的极光现象。