太阳风暴对地球的影响研究论文

北京时间3月25日消息，据英国《新科学家》网站报道，太阳风暴是指太阳黑子活动高峰阶段的剧烈爆发活动，通常每隔11年就会进入一个太阳风暴的活跃期。美国科学家日前警告说，2012年地球将会遭遇强烈的太阳风暴，其破坏力将远远超过“卡特里娜”飓风，而且地球上几乎所有的人都将难逃其灾难性的影响。 强太阳风暴2012年将再度来袭 2012年9月22日午夜，美国纽约曼哈顿区上空将布满了一道五彩斑斓的光幕。在像纽约这样的南部地区，很少有人能够看到这种极其迷人的极光现象。不过，人们欣赏美景的心情不会持续太久。几秒钟后，该地区所有电灯泡开始变暗并闪烁不定，接着光线在瞬间突然增强，灯泡变得异常明亮。随后，所有电灯全部熄灭。90秒以后，整个美国东部地区都将停电。一年后，数以百万计的美国人开始死亡，国家基础设施将变成一堆废墟。世界银行将宣布美国变成一个发展中国家。同时，欧洲、中国以及日本等地区或国家也都和美国一样，在这次灾难中苦苦挣扎。这次灾难来源于猛烈的太阳风暴，发生在距离我们1.5亿公里之外的太阳表面。 上述故事听起来或许有些荒谬，一般情况下太阳不会对地球造成如此巨大的灾难。不过，美国国家科学院在2009年1月发布的一份特别报告中声称，这种灾难完全有可能会发生。该研究报告由美国宇航局出资赞助。在过去几十年间，人类社会在发展的同时，也在为毁灭自己埋下了伏笔。现代的生活方式过度依赖各种科学技术，无意间让我们更多地暴露于一种超级危险之中。由太阳表面喷发出的等离子体可能会毁灭我们的电网，进而造成灾难性的后果。美国科学院特别报告起草人、科罗拉多大学太空气候专家丹尼尔-贝克尔认为，“我们现在距离这种可能性的灾难越来越近了。如果人类对将可能发生的太阳风暴准备不足，这种太空风暴就有可能会切断人类社会的电力供应、手机信号，甚至包括供水系统。” 但也有专家表达了不同的看法，认为太阳风暴的影响主要集中在外太空，而由于地球磁场和大气层的阻挡效应，生活在地球上并不会因此受到过于明显的干扰。专家们表示，当太阳风暴活动活跃时，黑子不断燃烧、爆炸，期间释放的大量紫外线会使地球上空的电离层浓度突然增加，吸收掉短波的能量，从而造成对短波无线电信号的干扰。但日常生活中人们使用的手机，包括部分无线电都不通过电离层传播信号，因此一般的太阳风暴对地球表面的通信影响不会太大。理论上，一般的太阳风暴强度还不至于冲破地球大气和磁场的保护，对地球上的现存物种构成致命威胁。但对于2012年的太阳风暴，专家担心可能成为一个例外。 可能给地球带来巨大灾难 美国科学家警告认为，2012年的强太阳风暴将给地球人类带来巨大的灾难，它的影响力将渗透到现代社会的每一个方面。在发出警告的专家看来，太阳风暴给地球的影响可能是“多米诺骨牌式的”。试想，当电网变得脆弱和不稳定，与供电息息相关的行业也将成为受害者：制冷设备停转，冷库里大量的食物和药品失去储藏条件而变质；水泵突然停止运转，社区的居民饮水成为难题。此外，由于卫星信号中断，GPS定位系统也会因此成为废物。事实上早在1859年就发生过类似事件，当时的太阳爆发竟然导致电报线烧毁。当然，现在地球上布满了有线和无线设施，但这些设施都难以经受太阳风暴袭击的考验。 当强太阳风暴来袭时，地球上的人类将主要面临两大问题。第一，就是关于现代电力网络问题。现代电力网络通常都是以更高的电压覆盖更广阔的区域，这样可以让电力网络运营更加高效，可以尽量减少电力传输过程中的损失以及由于生产过剩所引起的电力浪费。但是，同时它也因此变得更容易受到太空气候的攻击。输电网会变得非常脆弱不稳定，甚至有可能导致完全关闭。而这还只是多米诺骨牌效应的第一步，后面还可能导致“交通瘫痪、通讯中断、金融业崩溃和公共设施乱套；水泵停转造成饮用水供应中断；缺乏制冷设备，食品和药物都难以有效保存。科学家们预计，当出现剧烈的强太阳风暴时，可能会使人类社会和经济损失惨重，仅第一年的损失就可能达到1万亿至2万亿美元，而恢复重建则至少需要4到10年 第二个问题就是关于与电网相互依赖的、支持我们现代生活的其他各个系统的问题，如污水处理问题、超级市场物流基础设施问题、电站控制问题、金融市场及其他依赖于电力系统的问题。如果将两个问题合二为一，就可以很明显地看出，卡林顿太阳风暴事件的重复出现就有可能造成历史罕见的巨大灾难。美国科学院特别报告顾问、电力工业分析专家约翰-卡平曼认为，“这种灾难与我们通常想像的灾难完全相反。通常欠发达地区容易受到攻击，但在这种灾难中，越发达的地区越容易受到攻击。” 人类并未做好应对灾难准备 面对可能产生的严重灾难，美国乃至整个人类并未就应对下一轮太阳风暴做好足够充分的准备。贝克尔表示，由于 出现大型太阳风暴的可能性微乎其微，“全社会根本没将其考虑在内，而只是关心眼前的事物。”对地球上的天气来说，气象专家可以连续数日跟踪某一风暴，并据此向当地居民发出足够的警示，而太阳风暴或太空气候却完全不同。贝克说，“我们目前还无法提前准确地预测太阳风暴的时间和强度，我和同事们所能预知的只是一旦大型太阳风暴来袭，我们根本无力应对。” 与人类早期预报地球上灾难性飓风类似，人类目前主要依靠对太阳黑子周期的预报，来监测太阳风暴的强度以及可能对地球产生的影响。太阳黑子周期是指每11年内的太阳黑子数量增加和减少的过程。周期从太阳黑子活动最低潮时算起。在活跃时期，太阳黑子的数量增多，产生更多的太阳风暴。太阳风暴出现时，太阳释放出大量带电粒子所形成的高速粒子流以及等离子体流，对地球磁层、电离层以及中性大气的状态造成影响。鉴于太阳风暴的危害，一个多世纪以来，人们一直在监测太阳黑子的活动。 美国全国大气研究中心的科学家根据太阳表面下发生的现象及以往获得的太阳黑子周期数据，研发了新的太阳动力学模型。借助于新模型，天文学家可以提供有关太阳黑子活动的早期预报。他们希望早期预报可以帮助电力公司、卫星操控者和其他方面提前几天甚至几年做好应对太阳黑子活动的准备。据了解，这种新模型的准确率可以达到98%。美国国家科学基金会上层大气研究部的里查德-班恩科说，“如果可以提前预测太阳风暴活动的话，人们就能更好地应对诸如通信中断、卫星失灵、电力中断以及宇航员受到威胁等问题。”

“太阳风暴并不是一个科学术语，只是一种通俗的说法。”国家天文台中科院太阳活动重点实验室主任颜毅华研究员从专业角度解释了太阳风暴的形成， “在黑子活动高峰阶段，太阳会产生一系列剧烈的爆发活动，比如太阳耀斑、日冕物质抛射等。这个过程太阳会向四面八方释放出大量带电粒子，并形成高速粒子流。这其中，那些撞上地球并对地球空间环境造成危害影响的活动就叫太阳风暴。”00“太阳风暴与太阳黑子和太阳的能量释放密切相关，要想认识太阳风暴，要先弄明白三个概念，什么是太阳黑子、耀斑和日冕物质抛射。”颜毅华解释说，太阳黑子是一种形象的叫法，由于太阳磁力线管与太阳表面相交，磁力线束缚使得管内的物质较周围温度为低，呈现出颜色较暗的黑点，太阳黑子因此得名。00太阳黑子数量的平均变化周期约为11年，称为太阳活动周期，每个周期的太阳黑子分布图又被形象地称为“蝴蝶图”(若以黑子出现的纬度为纵坐标，以时间为横坐标，所绘制的黑子分布图形似蝴蝶，故名)。颜毅华介绍说，上一个太阳活动周期从1996年开始到2009年结束，持续了13年。“太阳已经进入了新的活动周期，从现在起到2015年前后，太阳将越来越活跃。”00耀斑和日冕物质抛射是太阳活动的重要表现，是太阳风暴的源头。太阳耀斑是太阳表面局部区域突然和大规模的能量释放过程，一个大的耀斑可发射高达 10的25次方焦耳的能量，相当于全世界每个人“挨”一颗氢弹，或者是1000万座火山同时喷发的能量。00日冕物质抛射则是太阳日冕中的物质向外喷射的现象。大的日冕物质抛射可将上百亿吨物质加速到每秒几百甚至上千公里，最快可达每秒2000多公里，这个速度相当于空客380飞机最高速度的7000多倍。00“耀斑和日冕物质抛射喷发的物质和能量虽然绝大部分消散在太空中，但是还是会有少量冲撞地球，这会给我们居住的蓝色星球的空间环境带来影响”，颜毅华说，“这种影响究竟有多大，具体情况不同，影响大小也很不相同。”00历史上少有太阳活动造成重大灾害记载，太阳风暴逐渐成为“电子时代富贵病”00尽管太阳活动周期仅为11年，但即使如此频繁的太阳活动，历史上却少有其造成重大灾害的记载。不过，近一个世纪以来，太阳风暴对人类生活的影响正变得越来越大，甚至经常有很多人将太阳风暴与所谓“末日论”联系在一起。00两百年前，随着人类进入电力时代，太阳风暴的威胁也相伴而来。历史上曾发生多次严重的太阳风暴事件，其中1859年发生的“卡林顿事件”是历史记录中最大规模的，堪称“超级太阳风暴”。强烈的地磁效应使得刚刚形成的电报网络陷入瘫痪。20世纪迄今对人类影响最严重的太阳风暴发生在1989年，在 90秒内烧毁1万多个变压器，致使加拿大魁北克省电力中断9小时。00“可以说，太阳风暴是我们高技术时代的一种富贵病。”颜毅华说，随着电子时代的来临，我们的生活越来越多地与电力、卫星通讯联系在一起，对地球空间环境的依赖越来越深，太阳风暴的影响自然就显现出来了。00太阳风暴最直接的危害，就是对太空中航天器的威胁。强烈的太阳风暴可能会造成卫星芯片击穿、控制紊乱，甚至使航天器的轨道偏离，几乎每次大的太阳风暴过后都会有卫星损坏的报告。而且，太阳风暴的剧烈辐射还会对宇航员的健康构成严重威胁。00此外，太阳风暴的大量带电粒子掠过地球，一方面会使地球电磁场发生变化，引起地磁暴、电离层暴，并影响无线电通讯特别是短波通讯，并进一步波及航空运输以及卫星导航装置等。另一方面，太阳风暴还会对高纬度地区地面的电力网、长距离管道感应出强大电势，造成电网过载、管道腐蚀，影响输电、输油、输气管线系统的安全。00颜毅华认为，太阳活动对气候生态的长期影响是肯定的，但具体作用机制尚不清楚。目前尚无证据表明，太阳风暴与天气、地震、物种灭绝有直接关系。00太阳“打喷嚏”，地球不一定会“感冒”00风暴已过，但留给人们思考的问题不少。为什么最近这次太阳风暴是“雨点小雷声大”，一些科学家预测与实际影响相距甚远？不久的未来会不会发生某些人预测的“世纪超级太阳风暴”？00“用一个形象的说法就是，并不是太阳一‘打喷嚏’，地球就会‘感冒’。”颜毅华介绍说，并不是每一个太阳耀斑、日冕物质抛射都会对地球造成影响，它们爆发的方向是否正对地球、太阳风暴到达地球后所剩能量有多大，这些都是考量的重要因素。而且，有地球磁层的保护，太阳风暴对人类生活的影响会大大降低。“这好比人体的免疫系统，保护着人体健康。只有携带与地球磁场极性相反磁力线的日冕物质抛射才会割断地球磁力线，撕裂地球磁层进入地球”。00“另一方面，这次爆发的只是一次C级耀斑，属于弱耀斑，对地球的威胁有限。”颜毅华告诉记者，耀斑通常可分成A、B、C、M、X五个级别，每个级别中又可划分10个等级。一般地球上观测到的弱耀斑是C级，M级是主要大耀斑，而X级则是极大耀斑。“在每个太阳活动高峰期，一般会产生10个左右X9 级以上的极大耀斑。”00针对美国航空航天局发出的“2013年前后，一场大规模的太阳风暴将以前所未有的能量冲击地球”的警告，颜毅华介绍说，“所谓的卡林顿事件似的 ‘超级太阳风暴’属于极小概率事件”。之所以会有这种警告，原因在于太阳活动周期每11年达到峰值，预计2013年太阳黑子出现的数量为最多达到峰值，于是太阳风暴发生的机会就多。公众没必要产生恐慌，当然科学家们也肯定不会掉以轻心。00还不能准确预测太阳风暴，可通过监测预报影响地球时间和力度00“目前，人类还不能准确预测太阳风暴的发生，但是通过监测太阳的活动，我们完全可以像预报台风登陆一样，预测太阳风暴对地球的影响时间和力度。”颜毅华说，如果是耀斑活动，从太阳耀斑产生到地球上观测到耀斑活动，大约需要8分钟的时间。而太阳风暴中产生的高能粒子到达地球大概需要半个小时。另外，日冕抛射出的带电粒子到达地球的时间为数十小时。00颜毅华介绍说，“在这个时间间隔内，我们完全可以从引起耀斑的太阳磁场扭曲程度，大致判断出即将发生的太阳风暴的大小。如果是日冕物质抛射活动，那它一般需要半天至三四天才能到达地球进而影响地球磁场。我们可以通过监测太阳的活动发出预警，从而采取主动的防御措施，比如卫星处于收藏状态，对磁高纬地区降低输电线电压或关闭电网，暂停跨越地球极区的航空服务等，躲开或减少太阳风暴对人类的危害。”00据介绍，我国已基本建成能够对包括太阳磁场在内的多种物理参量进行测量的地基太阳观测体系。国家天文台、紫金山天文台、云南天文台等有多种先进的光学、红外、射电等波段的太阳观测仪器，云南天文台一米红外太阳塔和国家天文台射电日像仪等新型设备也正在建设中，将可在太阳风暴监测中发挥重要作用。00专家指出，由于地基观测会受到地球大气的影响，通过航天器进行空间观测更具有优势。遗憾的是我国目前还没有一颗专业的太阳物理观测卫星运行，这限制了太阳物理研究和空间科学的发展。

太阳向太阳系连续地以很高的速度和不稳定的强度释放的电离气体流。当该气体流在地球附近通过时，它将与地球磁场发生作用并在高层大气中产生各种效应例如通讯卫星失灵、高纬区电网失效，及短波通讯、长波导航质量下降等。太阳风的变化还可能会引起气象和气候的变化1．当太阳风掠过地球时，会使电磁场发生变化，引起地磁暴、电离层暴，并影响通讯，特别是短波通讯。 2．对地面的电力网、管道和其它大型结构发送强大元（原？）电荷，影响输电、输油、输气管线系统的安全。 3．对运行的卫星也会产生影响。 4．一次太阳风的辐射量对一个人来说很容易达到多次的X线检查量。它还会引起人体免疫力的下降，很容易引起病变，也会使人情绪易波动，甚至车祸增多。 5．会使气温增高。 6．在南北极形成极光。

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。在不是太阳的情况下，这种带电粒子流也常称为“恒星风”。太阳风是一种连续存在，来自太阳并以200-800km/s的速度运动的等离子体流。这种物质虽然与地球上的空气不同，不是由气体的分子组成，而是由更简单的比原子还小一个层次的基本粒子——质子和电子等组成，但它们流动时所产生的效应与空气流动十分相似，所以称它为太阳风。

太阳风虽然猛烈，却不会吹袭到地球上来。这是因为地球有着自己的保护伞——地球磁场。太阳风暴

地磁场把太阳风阻挡在地球之外。然而百密一疏，仍然会有少数漏网分子闯进来，尽管 它们仅是一小撮；但还是会给地球带来一系列破坏。它会干扰地球的磁场，使地球磁场的强度发生明显的变动；它还会影响地球的高层大气，破坏地球电离层的结构，使其丧失反射无线电波的能力，造成我们的无线电通信中断；它还会影响大气臭氧层的化学变化，并逐层往下传递，直到地球表面，使地球的气候发生反常的变化，甚至还会进一步影响到地壳，引起火山爆发和地震。例如，1959年7月15日，人们观测到太阳突然喷发出一股巨大的火焰 (它就是太阳风的风源)。几天后，7月21日，也就是这股猛烈的太阳风吹袭到地球近空时， 竟使地球的自转速度突然减慢了0．85毫秒，而这一天全球也发生多起地震；与此同时，地磁场也发生被称为“磁暴”的激烈扰动，环球通信突然中断，使一些靠指南针和无线电导航的飞机、船只一下子变成了“瞎子”和“聋子”……。

太阳风对地球的影响，只是乘虚而入的漏网分子所为。由此可见，在无所阻拦的星际空间，太阳风的威力有多大了。

在太阳风和外面的星际物质交汇的地方，会产生冲击波。1977年发射的“旅行者一号”探测器据说在2003年的时候碰上了这种冲击波。那个冲击波距离太阳大约128亿千米~180亿千米。

太阳风对人类的影响：

1.当太阳风掠过地球时，会使电磁场发生变化，引起地磁暴、电离层暴，并影响通讯，特别是短波通讯。

2.对地面的电力网、管道和其它大型结构发送强大原电荷，影响输电、输油、输气管线系统的安全。

3.对运行的卫星也会产生影响。

4.一次太阳风的辐射量对一个人来说很容易达到多次的X线检查量。它还会引起人体免疫力的下降，很容易引起病变，也会使人情绪易波动，甚至车祸增多。

5.会使气温增高。

6.在南北极形成极光。

相关影响太阳风虽然猛烈，却不会吹袭到地球上来。这是因为地球有着自己的保护伞——地球磁场。 太阳风暴地磁场把太阳风阻挡在地球之外。然而百密一疏，仍然会有少数漏网分子闯进来，尽管它们仅是一小撮；但还是会给地球带来一系列破坏。它会干扰地球的磁场，使地球磁场的强度发生明显的变动；它还会影响地球的高层大气，破坏地球电离层的结构，使其丧失反射无线电波的能力，造成我们的无线电通信中断；它还会影响大气臭氧层的化学变化，并逐层往下传递，直到地球表面，使地球的气候发生反常的变化，甚至还会进一步影响到地壳，引起火山爆发和地震。例如，1959年7月15日，人们观测到太阳突然喷发出一股巨大的火焰(它就是太阳风的风源)。几天后，7月21日，也就是这股猛烈的太阳风吹袭到地球近空时，竟使地球的自转速度突然减慢了0．85毫秒，而这一天全球也发生多起地震；与此同时，地磁场也发生被称为“磁暴”的激烈扰动，环球通信突然中断，使一些靠指南针和无线电导航的飞机、船只一下子变成了“瞎子”和“聋子”······太阳风对地球的影响，只是乘虚而入的漏网分子所为。由此可见，在无所阻拦的星际空间，太阳风的威力有多大了。 在太阳风和外面的星际物质交汇的地方，会产生冲击波。1977年发射的“旅行者一号”探测器据说在2003年的时候碰上了这种冲击波。那个冲击波距离太阳大约128亿千米~180亿千米。 太阳风对人类的影响： 1．当太阳风掠过地球时，会使电磁场发生变化，引起地磁暴、电离层暴，并影响通讯，特别是短波通讯。 2．对地面的电力网、管道和其它大型结构发送强大元（原？）电荷，影响输电、输油、输气管线系统的安全。 3．对运行的卫星也会产生影响。 4．一次太阳风的辐射量对一个人来说很容易达到多次的X线检查量。它还会引起人体免疫力的下降，很容易引起病变，也会使人情绪易波动，甚至车祸增多。 5．会使气温增高。 6．在南北极形成极光。