正文
太阳风,黑子和耀斑分别对地球有什么影响
黑子为什么不黑
在太阳的光球层上,有一些旋涡状的气流,像是一个浅盘,中间下凹,看起来是黑色的,这些旋涡状气流就是太阳黑子。黑子本身并不黑,之所以看得黑是因为比起光球来,它的温度要低一、二千度,在更加明亮的光球衬托下,它就成为看起来像是没有什么亮光的、暗黑的黑子了。
太阳黑子是在太阳的光球层上发生的一种太阳活动,是太阳活动中最基本,最明显的活动现象。一般认为,太阳黑子实际上是太阳表面一种炽热气体的巨大漩涡,温度大约为4500摄氏度。因为比太阳的光球层表面温度要低,所以看上去像一些深暗色的斑点。太阳黑子很少单独活动。常常成群出现。
黑子是由本影和半影构成的,本影就是特别黑的部分,半影不太黑,是由许多纤维状纹理组成的,具有旋涡状结构。当大黑子群具有旋涡结构时,就预示着太阳上将有剧烈的变化。人类发现太阳黑子活动已经有几千年了。黑子的活动周期为11.2年。届时会对地球的磁场和各类电子产品和电器产生损害。在开始的4年左右时间里,黑子不断产生,越来越多,活动加剧,在黑子数达到极大的那一年,称为太阳活动峰年。在随后的7年左右时间里,黑子活动逐渐减弱,黑子也越来越少,黑子数极小的那一年,称为太阳活动谷年。国际上规定,从1755年起算的黑子周期为第一周,然后顺序排列。1999年开始为第23周。
1859年9月1日,两位英国的天文学家分别用高倍望远镜观察太阳。他们同时在一大群形态复杂的黑子群附近,看到了一大片明亮的闪光发射出耀眼的光芒。这片光掠过黑子群,亮度缓慢减弱,直至消失。这就是太阳上最为强烈的活动现象——耀斑。由于这次耀斑特别强大,在白光中也可以见到,所以又叫“白光耀斑”。白光耀斑是极罕见的,它仅仅在太阳活动高峰时才有可能出现。耀斑一般只存在几分钟,个别耀斑能长达几小时。在耀斑出现时要释放大量的能量。一个特大的耀斑释放的总能量高达1026焦耳,相当于100亿颗百万吨级氢弹爆炸的总能量。耀斑是先在日冕低层开始爆发的,后来下降传到色球。用色球望远镜观测到的是后来的耀斑,或称为次级耀斑。
耀斑按面积分为4级,由1级至4级逐渐增强,小于1级的称亚耀斑。耀斑的显著特征是辐射的品种繁多,不仅有可见光,还有射电波、紫外线、红外线、x射线和伽玛射线。耀斑向外辐射出的大量紫外线、x射线等,到达地球之后,就会严重干扰电离层对电波的吸收和反射作用,使得部分或全部短波无线电波被吸收掉,短波衰弱甚至完全中断。
一个发展完全的黑子由较暗的核和周围较亮的部分构成,中间凹陷大约500千米。黑子经常成对或成群出现,其中由两个主要的黑子组成的居多。位于西面的叫做“前导黑子”,位于东面的叫做“后随黑子”。一个小黑子大约有1000千米,而一个大黑子则可达20万千米。
太阳黑子的形成与太阳磁场有密切的关系。但是他到底是如何形成的,天文学家对这个问题还没有找到确切的答案。不过科学家推测,极有可能是强烈的磁场改变了某片区域的物质结构,从而使太阳内部的光和热不能有效地到达表面,形成了这样的“低温区”。黑子越多可能说明太阳越老(近年发现红矮星上黑子占据表面的一半,详见中国<天文爱好者>2005年第三期),可能也是所有恒星寿命的一般特征,黑子可能是太阳的核废料(如人类核反应堆的核废料),约11年出现一次可能是黑子在太阳里面和表面的上下翻动一次造成的(如元宵在锅里被煮得上下翻动),黑子温度较低应该也是废料的一个证明(如煤炉中的炭灰在一般情况下不能再产生高温),黑子附近的周边应该比太阳正常的地方温度高一些(此消彼长的原因),黑子向低纬度运动是因为太阳密度小和自转的原因,就像地球上的大陆版块向低纬度运动一样,有黑子的地方存在凹陷500千米可能是温度低而不再膨胀的原因,另外,不是磁场影响了黑子而是黑子影响了磁场,这一点特别重要。
世界上最早的太阳黑子的记录是中国公元前140年前后成书的《淮南子》中记载的。《汉书·五行志》中对前28年出现的黑子记载则更为详尽。
1840年代德国的一位业余天文学家发现了太阳黑子10-11年的周期变化规律。通过长期的观测,人们还发现太阳黑子在日面上的活动随时间变化的纬度分布也有规律性。一开始,几乎所有的黑子都分布在±30°的纬度内,太阳活动剧烈时,它往往出现在±15°处,并逐步向低纬度区移动,在±8°处消失。在上一个周期的黑子还没有完全消失时,下一个周期的黑子又出现在±30°纬度附近。如果以黑子的纬度为纵坐标,以时间为横坐标,绘出的黑子分布图很像蝴蝶,因而称作蝴蝶图。许多专家对蝴蝶图的含义进行了研究,但是直到现在还没有确定的结论。
天文学家对黑子ê活动从1755年开始标号统计,规定太阳黑子的平均活动周期为11.2年。黑子最少的年份为一个周期的开始年,称作“太阳活动极小年”,黑子最多的年份则称做“活动极大年”。
太阳是地球上光和热的源泉,它的一举一动,都会对地球产生各种各样的影响。黑子既然是太阳上物质的一种激烈的活动现象,所以对地球的影响很明显。
当太阳上有大群黑子出现的时候,地球上的指南针会乱抖动,不能正确地指示方向;平时很善于识别方向的信鸽会迷路;无线电通讯也会受到严重阻碍,甚至会突然中断一段时间,这些反常现象将会对飞机、轮船和人造卫星的安全航行、还有电视传真等等方面造成很大的威胁。
黑子还会引起地球上气候的变化。 100多年以前,一位瑞士的天文学家就发现,黑子多的时候地球上气候干燥,农业丰收;黑子少的时候气候潮湿,暴雨成灾。我国的著名科学家竺可桢也研究出来,凡是中国古代书上对黑子记载得多的世纪,也是中国范围内特别寒冷的冬天出现得多的世纪。还有人统计了一些地区降雨量的变化情况,发现这种变化也是每过11年重复一遍,很可能也跟黑子数目的增减有关系。
研究地震的科学工作者发现,太阳黑子数目增多的时候,地球上的地震也多。地震次数的多少,也有大约11年左右的周期性。
植物学家也发现,树木的生长情况也随太阳活动的11年周期而变化。黑子多的年份树木生长得快;黑子少的年份就生长得慢。
更有趣的是,黑子数目的变化甚至还会影响到我们的身体,人体血液中白血球数目的变化也有11年的周期性。
太阳风,黑子和耀斑分别对地球有什么影响
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。
活跃时会对地球的磁场产生影响,当太阳上有大群黑子出现的时候,会出现磁暴现象使指南针乱抖动,不能正确地指示方向;平时很善于识别方向的信鸽会迷路;无线电通讯也会受到严重阻碍,甚至会突然中断一段时间,这些反常现象将会对飞机、轮船和人造卫星的安全航行、还有电视传真等等方面造成严重威胁。
增强的紫外和X射线辐射使电离层中的电子浓度急剧增大,引发电离层突然骚扰,可导致短波无线电信号衰落,甚至中断。增强的紫外辐射被地球大气层直接吸收后,加热大气,大气的温度和密度升高,从而使人造卫星等空间飞行器的轨道发生改变;紫外辐射的增强还使得原子氧的密度突然增加,从而加快了原子氧对航天器表面的剥蚀作用。
短波通信主要是靠F层的反射进行的。但是,在发生电离层突然骚扰时,由于D层附近的电子密度突然增大,穿过D层射向E层、F层并反射回地面的无线电波受到强烈的吸收,引起电波的衰减。D层电子密度越大,吸收越强。如果D层的电子密度非常大,以致短波通信的最高可用频率也遭到严重吸收,这时通信将发生中断。
在实际生活中,在我们收听广播时,信号会突然变得杂乱,无法收听,有时我们调调频率,信号会清楚些,但有时却仍然无法听清楚,这种状况一般过不了多久就会自己恢复。这可能就是遥远的太阳爆发耀斑对广播信号的影响。
甚低频导航或通信信号主要是在地面与电离层底部之间的一个波导之间传播,电波在地球和电离层之间来回反射传播,可以实现远距离的传播。当电离层发生突然骚扰时,由于D层的反射高度下降,电离层底部发生变化,导致低频或甚低频信号在给定的发射机和接收机之间的传播相位时延发生变化,严重时能产生几十公里的导航误差。
耀斑和黑子之间的关系
一般地说,没有太阳黑子,就不会有太阳耀斑,两者关系密切,却情况不同。
黑子是先兆,是先头兵打前站,耀斑才是主力部队的到来。黑子可以存活上月、上年之久,耀斑却只维持几分钟到几十分钟。黑子是长时间的行军布阵,是量变的表征,耀斑却是短暂的激烈决战,是质变的亮相。氢弹爆炸时,我们看到烟雾包裹在蘑菇云的四周,而从蘑菇云顶端不时冒出来的是火团,那才是真正的高温区。火山爆发也一样,先有烟气,后有火红的岩浆。其实,太阳的爆发道理也一样,总是分阶段发生的,先冒出烟气,再有来之太阳深处的浆液和高温气体等真家伙。真家伙登场也并不象部队行军那样排长龙,而更像修路工人爆山洞,一响过后再一响。从2001年4月初报纸上公布出来的太阳活动情况可知,“耀斑是太阳表面的激烈爆炸现象,它在几分钟之内可把物体加热到几百万度,释放出有如10亿个兆吨级TNT炸弹威力的巨大能量”。其实,并不是它“把物体加热到几百万度”,而是它本身就是来之于太阳深处日核附近的高温物质。在第1小节的情况简介中已知太阳实体的辐射区内也只有70万度,以此足以充分证明只有从日核才可能喷射出几百万度的物质来。太阳日核附近1、2千万度,耀斑本身几百万度就一点也不奇怪了。太阳耀斑是日面上最激烈的活动现象,它放出强烈的电波和X射线,喷发出大量的高能粒子。一个耀斑在十几分钟内就可释放出相当于几千万座大型地球火山喷发的能量。若不是从太阳深处的爆炸冲发出来,绝无如此强烈的能量和高温。