太阳风暴-何香涛

主讲人简介

何香涛，北京师范大学天 文系 教授，博士生导师。多年来著作甚丰，曾任北京天文学会理事长。

内容简介

一想到太阳，大家马上就联想到温暖和阳光，对于太阳来讲，古今中外各个民族都对太阳是一片歌颂声，我们说太阳哺育着大地，太阳哺育着我们的地球、植物，万物生长靠太阳。的的确确是这样，太阳是非常非常重要。有一句俗话说，说是离了谁地球都可以转，但是要离了太阳，地球可就转不动了。你们可以想像一下是不是这样，所以太阳的优点是非常多的。但是尽管这么说，我们说任何一件事情，都不可能是十全十美的，如果说太阳的优点有99.9％，那么毕竟还有0.1％是缺点。今天我们就讲讲太阳的缺点，太阳对我们人类来讲，都是好处，惟有今天我讲这个题目不是那么十全十美，是什么呢？叫太阳风暴，太阳风暴主要是由太阳上各种活动区的爆发形成的。历史上太阳风暴曾经对人类的生活产生影响，随着科学技术的普及，太阳风暴对地球的影响开始显著。因为它能对地球的地磁产生影响，进而影响人类的通讯系统，虽然现在由于人类的通讯很多都采用卫星，但强烈的太阳风暴也会对卫星的通讯形成不良影响。但是一般的太阳风暴对卫星通讯产生不了太太的影响了。但了解太阳风暴，研究太阳风暴，仍然是人类一项重要的科技任务。

太阳风暴可以跨越一亿五千万公里影响地球，产生太阳风暴时引发的火焰可以喷出几十万公里远，自然的奇妙令人惊叹。北京师范大学天 文系 教授何香涛，将为您讲述《太阳风暴》。

全文

一想到太阳，大家马上就联想到温暖和阳光。对于太阳来讲，古今中外各个民族都对太阳是一片歌颂声。我们说太阳哺育着大地，太阳哺育着我们的地球、植物，万物生长靠太阳。有一句俗话说，说是离了谁地球都可以转，但是要离了太阳，地球可就转不动了。所以太阳的优点是非常多的，尽管这么说，我们说任何一件事情，都不可能是十全十美的。如果说太阳的优点有99.9％，那么毕竟还有0.1％是缺点。今天我们就讲讲太阳的缺点，就是太阳对我们人类来讲，都是好处。惟有今天我讲这个题目不是那么十全十美，是什么呢？太阳风暴。你们看这个画面上，实际上这段画面不是人工画的，这是真实拍照的。上面那个火焰大家可以看到，那是太阳上边真实的火焰，当然这是用望远镜来拍的，不是我们肉眼看到的。那么这个火焰都有几十万公里，也就是说远远比我们地球要大得多。

那么我为了讲清楚太阳风暴，我们先把太阳做一个简单介绍，我们说太阳是非常壮观的。我们平常看的太阳就是这个样子，这就是我们平常看到的太阳，我们管它叫做光球，如果你们看一下的话，这个光球上边有一些黑的地方，这就叫做太阳黑子。当然还有其他的一些细节，这黑子还挺多。这就是我们平常眼睛看到的这个太阳，非常明亮的，我们管它叫光球。那简单来说，太阳可以分成三层，就是我们平常普通看到的，这个就叫做光球。那就是发光，太阳的主要的光都是从这儿来的，所以我们叫做光球。除了光球以外呢，还有一层，我们叫做色球。，就是比太阳更高层，叫做色球。为什么叫色球呢？它的颜色，从总的颜色来讲，是偏红的，是带颜色的，所以叫色球。当然色球上有很多东西，有很多结构，像这些结构呢，我们马上会提到，就是耀斑等等。周围还可以拍到一些它喷射的火焰，这个叫日珥。这就说这是色球，在太阳的高层，这个一般我们用肉眼是看不到的。那么再外面一层叫做日冕，这个日冕你一看就知道，这是日全食时候拍到的。日全食的时候大家知道，月亮把太阳挡住了，太阳看不到了。但是周围还有一圈非常漂亮发白颜色的光，这个叫日冕。这个日冕可大可小，跟太阳的活动有关系。

太阳我们一般人类感觉到的，太阳怎么样呢？就是给我们温暖，给我们阳光，这是我们感觉到的。除此之外太阳还在这地方不停地向我们吹风，我们管它叫做太阳风。这个风是风和日丽，一般吹来，影响都不大。除了一般地给我们吹风以外，它还要吹比较厉害的风，就像我们刮沙尘暴一样。平常的风给我们吹没关系，但是要出太阳风暴，那就受不了！那么人类什么时间发现了太阳风暴呢？二次世界大战发现的，大家知道二次世界大战期间，德国非常地猖狂，把整个欧洲都给占领了，惟有一个国家它没有占领，就是英国。德国人不甘心，就经常派飞机去轰炸英国，可是，后来德国人就发现，德国人每次到英国去的时候，英国就知道了。这飞机要来，防备得非常好，那么英国为什么能防备呢？它主要是发展了雷达的技术，可是德国人不知道。当时德国纳粹第二号人物叫格林，他就怀疑是不是纳粹党里边出叛徒了，把每次派飞机的情报告诉英国，实际上不是，英国有海岸的警戒雷达，可是突然有一天英国海岸警戒雷达也失灵了，来飞机看不见了，那么英国人也怀疑，哎呀！是不是德国有什么间谍打到我这里边来给我破坏了，也不敢吭声。等二次世界大战完了以后，英国才把这个秘密泄露，就是当时破坏英国海岸警戒雷达的，不是德国的间谍，而是太阳。就是太阳发怒了，太阳风暴给它破坏了。这个是1942年，所以这个就作为天文上边真正看到，从天体发来的巨大的无线电波的一个纪念。那么这是第一次人类感受到太阳风暴的危害，所以，我们就说一下太阳风和太阳风暴，我们先说太阳风。

我们看到的太阳发来的光这都是无线电波，这个不叫太阳风。那么除此之外，太阳还老在不停地向我们吹风，这个叫太阳风，那么太阳风是怎么产生的呢？大家看一个图就知道了，这就是太阳喷发出来的一些离子流，吹到我们这儿来了。那这边表示是地球，因为地球有磁场，来了以后这个风就从地球的周围，就吹过去了，这个就是太阳风。那最早提出太阳风概念的，是美国一个天文学家叫帕克，提出太阳风的概念。有了太阳风以后，这个概念提出来以后，大家就意识到太阳风可能很重要，所以就进行研究。那么吹太阳风有没有证据，有证据，我列了三项主要的证据，就是太阳风的证据，第一个是叫极光。极光很漂亮，我们看几个极光的照片，这就是极光的照片，这也是极光的照片，非常漂亮。所谓叫极光，主要指的是在两极，因为我们人类大部分都在北半球活动的多，所以一般叫北极光，实际上南极也有，南极光也有，两极都有。因为太阳风吹来以后，太阳风主要都是一些带电的离子，所以风吹出来的时候，它是集中在地球的两极，北极和南极，那么带电的离子来了以后，侵入到地球，因为是带电离子，那么沿着磁力线走，然后和地球大气一撞击，就发光了，这就是所谓叫做极光。除了极光以外，我还提到了，还有什么呢？黄道光，我们知道，我们的地球绕着太阳旋转，是在大体上一个平面上面，九大行星绕太阳旋转，都在一个大体平面上，什么平面呢？我们叫黄道面，所以这个太阳风吹来的话，也是沿着黄道面吹来的。有很多就到了我们地球的两极了，其中就产生极光，有的就在黄道面上，平着就吹过来了，那就是正好在黄道方向，能够看到光，这个就叫黄道光。此外我们说第三个证据，就是彗尾，彗星的尾巴。你看这个彗星的尾巴有个特点，都背向太阳，这是彗星被太阳烤热以后蒸发，蒸发以后它的尾巴就背向太阳，背向太阳的原因，一个是有光压，光有压力把它往后吹，另外有太阳风，因为太阳从外边，四周吹风，就把彗星的尾巴，就吹得背向太阳，这些都证明了太阳在不停地向外刮风，我们管它叫做太阳风，那么太阳刮风的话，因为它是不停地在刮，那这个风来自什么地方呢？主要的来自太阳的日冕，就是最外层，就是正常的刮风，从日冕层就吹出来了，这个对我们地球来讲，几乎是没有什么影响，或者说是影响非常非常小，就是正常的刮风，除此之外还有厉害的，就叫做太阳风暴。那太阳风暴来自什么地方呢？主要来自太阳活动区的爆发，我们说太阳不是那么平静的，上面有各种各样的活动区，就是活动的东西。这些活动区要是一爆发，一发怒，从这个地方喷发出来，有时候在日冕层再给加速一下等等，这样来的，就厉害了，这就叫做什么呢？太阳风暴，就像我们地球上一样，平常刮风没关系，但是要刮成什么，刮成沙尘暴就受不了。而这个沙尘暴它不是说这个风里边都有沙尘暴，其实是有一个沙尘暴的源，就是一个地方搞得不好，这地方生态破坏特别严重。所以那个地方出现沙尘暴了。所以我们类比的话，也就相当于太阳上有个别的活动区，它突然活动激烈，喷发出来，这样出来的话就是太阳风暴。太阳上有哪些活动区呢？

第一个我们就说到叫太阳黑子，这是我们人类最容易看到的，这就是一个太阳黑子的局部照片。我们说太阳上这个黑子出现还是挺多，出现的机会挺多。但是有些个别大的太阳黑子，要出现的话，就有可能引发太阳风暴。你看这个黑子有一定的结构，中间是黑的，然后周围呢，颜色浅一点，我们管它叫太阳黑子。实际上这个黑子黑不黑？你要单把太阳黑子拿出来，一点也不黑。我们说太阳的表面温度是多少度呢？六千度，这个黑子的表面温度大约是四千多度，或者是不到五千度，或者五千度左右。也就是说这个黑子的表面温度比太阳的温度低了一千多度，所以一反差我们看上去是变成黑子了，假如说真要是有一天太阳变成太阳黑子了，你看上去还是非常亮的一个太阳，变化不是很大，才差了一千度。你看黑子周围有一个细节，我让你看一下，你注意一下黑子周围，一个颗粒接着一个颗粒的。这个叫什么呢？叫米粒组织，这个在太阳光球里面也可以看到。这个米粒组织是什么呢？简单讲就是我们粥锅开锅了，这个粥开锅了，它一样，也是往上翻，翻出来一个一个的米粒，不过它这个“米”比咱们煮粥的那个米可就大多了，这一个米粒有多大呢？有几百公里，也可以到一千公里，就这一颗米粒，就有几百公里到一千公里，这就是米粒组织。那么我顺便说一下，如果这个地方的空气条件什么等等非常非常好，那就可以弄一个非常小的望远镜，就可以看到米粒组织，那就要求条件很好，我这个当地的空气非常好，就是大气宁静，光线非常好就可以看到。所以这个米粒组织不是说随便放一个望远镜就能看到，还要求这个观测的地点也非常好，所以我们要想看太阳看得好，一般选到湖边的地方，或者周围有森林的地方等等非常宁静的地方，才能看得非常清楚，不管怎么说，太阳上经常出现的一种现象，就是太阳黑子，如果有个别大的太阳黑子出现，就预示着有可能出现太阳风暴。所以这是太阳活动区的一个主要的一项叫太阳黑子，中国古代就有太阳黑子的记录，不但看到了，大小都给你估算出来了，位置都知道了，就这种黑子记录在我们国家有二百多次，那同学可能就要问了，他怎么看到，我怎么看不到，说明我们古代人很聪明，就是说他注意观察天象，你看他什么时间看呢，他叫“日出黄”，他就在日出和日没的时候，正好那个太阳刚出来，有一层薄云或者薄雾挡着，要不然你拿眼睛看着太阳也受刺激，那么看见以后，就可以记录太阳黑子。据说古代人还有一种办法看这个太阳黑子，怎么看呢？弄一个大脸盆，脸盆里边放上水，这个太阳在水上面一映照，反射一个太阳像，上边就看到有黑子，所以我们古代人真聪明，真正有记录的，我们记录多少次，二百多次，那真是了不起，就是说我们的祖先对于天象来讲非常关心，也非常聪明，包括太阳黑子都能看见，这是真不容易。

我们说除了太阳黑子的影响以外，另外还有一个影响出现太阳风暴的一个活动区，我们管它叫做太阳耀斑。引发太阳风暴主要的直接的原因往往不是太阳黑子，往往直接的是什么呢？太阳耀斑。所以太阳耀斑的监测，比监测太阳黑子还重要，当然太阳耀斑监测需要更好的仪器，要有一个望远镜，这个望远镜是专门看色球的，所以我们管它叫做色球望远镜。这个监视太阳耀斑，就比较容易监视。当然除了在地面上监视以外，我们还可以到太空里面去监视，放一个太空的望远镜来监视这个耀斑。我们看另外一个耀斑，这是另外一个耀斑，这是有几秒钟的爆发现象。这是又一个耀斑，局部的一个耀斑。你看这个耀斑非常非常的明亮，那么耀斑的旁边，那个黑的下边就是太阳黑子，所以这个耀斑往往就与太阳黑子重叠出现，耀斑基本上是我们太阳风暴的一个加速的一个关键的一个机制。因为耀斑里边温度特别高，磁场强度特别强。它的磁力线的结构也非常突出，所以很适合就造成一个发动机一样往外喷发，当然除了耀斑以外还有其他的东西。

比方说太阳日珥，太阳日珥就是从太阳的四周喷发的火焰，这就是一个典型的太阳日珥。这个日珥的高度有多高呢？三十七万公里。日珥的高度有这么高，那么这种日珥喷发，也有可能引发太阳风暴。这是另外一个，又是日珥，又显示耀斑。你看这个地方，亮的是耀斑，这个地方喷射的巨大的火焰就是日珥，就是说连耀斑带日珥一起从太阳就喷发出来。此外，除了我说的，黑子耀斑和日珥以外，还有其他的各种活动区，很多。我们看一下，比方说你看这个到处都在放光，都在喷发，这也是一个真实的照片。有其他的活动区来喷发的，还有这个是从日冕喷发出来的叫日冕环。这可不是一个水的喷泉，但是看上去像喷泉一样，非常漂亮。这是真实的照片，从日冕里边喷发出来的一些日冕环，这个也能够引起太阳风的异常。

这张照片我让你综合看一下，就说看一下各种活动区。那就告诉你，你看一下，我这半边是显示的光球，你看上面有黑子，这半边显示的是色球，这些最亮的就是耀斑，此外我周围显示的就是日珥的喷发等等，那角上这个是，这个位置的一个局部的用x射线光拍的，一个明亮的大耀斑，也就是说这个太阳上边，有好多个活动区，都可以引发太阳的剧烈爆发。然后造成太阳风暴，喷发到我们地球上，所以造成太阳风暴的太阳上的各种活动区还是很多的，但是比较集中的，原因最直接的。我提了，就是耀斑，像这一个就是耀斑，所以我们现在监测太阳风和太阳风暴，正常情况下我们用太阳黑子就可以。但是呢，这太阳黑子往往还不是直接，可能是一个前导，我们看的太阳黑子数多了，有可能出现太阳风暴，我们就抓紧监测，那么主要监测还是通过色球层来监测，还有通过高空卫星里边监测，x射线辐射来监测，那么监测的对象，我一再强调主要一个对象之一就是耀斑，这个往往是更重要的，这样我们就可以监测太阳的活动，特别是监测太阳风暴的活动。

好了，那么我们说太阳风暴对我们地面有这么大的危害，为什么呢？实际上太阳风暴刮来的速度，并不是很高，我们知道最快的速度是什么？电磁波。从太阳发的光到我们这儿来，这速度最快，其他都是些带电的离子，太阳风暴来得危害为什么比较大呢？我们看一下它的组成就知道了，这些都是正常的风，但是变成太阳风暴以后，它这个成分就有所变化，这个变化的主要特点，就是它的辐射，突然增强。就是一块云团，真是像一块沙尘暴一样。整个一个云团就过来了，所以这种现象对地球就有危害了。强的电磁辐射来了以后，那地面就受影响了，那么高能的离子流要来得太多，地面也要受影响。等离子体云来了以后，更要受影响。

我可以讲几个具体的例子，据说二十世纪六十年代初的时候，我们周总理去访问非洲。访问过程中，突然跟周总理座机的联系就中断了，那当然非常担心了，我们敬爱的总理在那儿访问，会不会有敌人破坏等等。后来就发现不是，是太阳有风暴骚扰，影响了地面的通讯。这就是说太阳风暴的影响，所以前些年通讯部门对太阳风暴非常关心，经常问太阳有没有问题？一有问题我这通讯就不灵了等等。那么现在我们的通讯水平提高了，受太阳风暴的影响会小一些。但是即便如此，也受影响。一般的太阳风暴我们影响就力度不是那么大了，原因是我们现在通讯水平提高了。可是这个太阳风暴要特别强的时候，我们地球上还是顶不住，目前的科技还是受影响。

那么一般说来，太阳风暴都有哪些影响和危害呢？我们可以总结一下，一件事情是干扰太空。第二它是干扰地磁，我们知道地球是有磁性的，有指南针南极北极有磁场，这个磁场用处还是很多的。我们通过测量磁场了解地球的一些活动，甚至说通过磁场有异常的话，我们还可以监视地震等等。所以这个磁场是很有用的，如果有了太阳风暴以后，这个地磁场就会受干扰，发生地磁暴。各种干扰很多，这是对我们地球磁场有直接的干扰。还有一条呢，这是对我们人类直接有关系的，什么呢？就是影响卫星的运转和通讯，关于通讯这一部分我要解释一下，因为这个太阳风来了以后，首先就打到什么地方呢？是打到我们地球的表层，这个太阳风比较难说先打到人身上，因为还要通过一个地球大气，在通过地球表层的时候，我们的地球非常好。我们的地球大气就是给地球穿了一件衣服，保护着我们，要不然在远古历史上，在地球的发展史上，太阳的风暴肯定很多，没有把我们地球摧垮，主要原因是什么呢？我们地球有个大气，在这保护着呢，没关系。那么太阳风来了，或者太阳风暴来了，首先打击的是什么？是我们地球的高层大气，其中有一层叫做电离层。为什么叫电离层？这一层就是由太阳风的离子把我们地球高层大气给电离了，就这意思，这一层除了保护我们地球以外，还有一个很重要的作用，因为它是电离的这一层，所以它有一个功能，有个什么功能呢？就是电磁波可以反射，简单说，电磁波只要打到这个电离层上去，它就可以反射下来。这一件事情对我们地面的通讯非常重要，所以我们这个地面的通讯特别是远距离的通讯，都要通过电离层来反射。就是我这地方有个发射站，发上去，电离层然后反射，像接力一样就打到那个地方去，就可以了。我刚才说的周总理的座机在那儿出问题，就是这个电离层被干扰了。电离层由于太阳风来了以后，电离层的电离度就发生变化，它的高度也发生变化，那你这个反射面就怎么样？就变了。所以你再打上去再打下来，下边就接不到了，信号就不好了，这就是说有这个影响。

那么讲到这儿我就要问一个问题，这个太阳风暴会中止吗？有太阳风暴多麻烦，能不能让太阳风暴中止？我们说太阳风暴中止不了，只要有太阳，就有太阳风暴，就有太阳风，太阳存在一天，太阳风就存在一天。太阳风暴来的可能性就存在，所以是永远不会中止。那什么时候能中止呢？太阳不发光了、就中止了。太阳只要发光，就不能够中止。

那么太阳任何事情都有个终结，太阳会不会变老呢？也会，对太阳来讲的话，年老以后呢，就越来越老，等里边的氢燃烧得差不多了，这个太阳会变成一个红巨星。那么变成红巨星呢，有可能要引发一次爆发。这太阳可能要爆发，那么太阳要爆发一下，我们人类可就受不了。不过这个时间还很遥远，我们说现在太阳的年龄大约就是五十亿年，非常简单，五十亿年。太阳的寿命有多少呢？一百亿年，非常好记，一百亿年。也就是太阳还有多长时间活呢？还有五十亿年。所以我们尽管放心，五十亿年没有问题。但是你得考虑五十年以后的事情，如果以后呢，太阳要是爆发，有可能变成一个红巨星，这是目前我们观测一个红巨星，叫心宿二。你看一下，这边对比一下，这个是太阳系，就是我们太阳系加在一起，都没有这个红巨星大。所以太阳真要爆发一下，我们这个地球的位置就不行了，我们得想办法赶紧搬家。那是以后的事情了，现在不用着急。可是太阳风暴，我想我们还得关心，为什么还得关心呢？因为我们现在人类的科学技术发展实在是太快了，到太空去旅游都有可能。当然现在我们要学杨利伟出去一趟很难，如果登一次月更难！但是说不定呢，在有不远的将来，可能人类就可以到月球上去没问题，已经有人去过了。也可以到火星上去，就是将来就可能有宇宙的旅游公司，买张票我们就到月球上去了。这时候太阳的风暴就关心了，现在你们出门旅游的话，看什么？看天气预报，天气预报不好不敢去。如果将来你们要到月球和火星去旅游，你最关心的是什么？太空的天气预报，而太空的天气预报主要是来自什么？来自太阳。所以我相信到那会儿的话，大家对太阳风暴那就是更加关心了。