太阳活动(太阳活动的类型和影响)
太阳活动(太阳活动的类型和影响)
2020年5月30日,欧洲航天局的太阳轨道飞行器拍下了这张太阳远紫外图像。这种波长有助于发现太阳的上层大气,即日冕,其温度高达100万度。供图:SOLAR ORBITER/EUI TEAM/ ESA & NASA; CSL, IAS, MPS, PMOD/WRC, ROB, UCL/MSSL
撰文:NADIA DRAKE
虽然我们对太阳有了一定的了解,但这颗星球依然谜团重重。经过了相对平静的7年后,现在太阳开始变得更加喜怒无常,人类的航天器已经做好准备,观察它的苏醒。这是一次前所未有的机会,科学家将借助这些航天器,了解这颗暴躁的恒星,以及它如何影响我们的邻居星球。
就像周期性出现又消失的蝉一样,太阳也会周期性地经历风暴和沉睡,时间间隔为11年。这个循环周期与太阳内部磁场活动有关,具体表现在太阳黑子和耀斑等现象上。
科学家正密切关注太阳的性情,因为太阳射电爆发会严重破坏电网和通信系统(这些是现代文明中至关重要的技术),以及轨道上和轨道之外的探测器。但太阳和行星系统之间的联系看不见摸不着,我们很难理解。
"旁观者清,每当我退后一步,我就会想,我们怎么可能知道这么多?"NASA的太阳物理学家James Klimchuk说:"但我们还有更多的未知。"
现在,下一个太阳活动周期已经开始,预计将在2025年前后达到峰值。这一次,太阳将从沉睡中醒来,NASA的帕克太阳探测器一直在俯冲向太阳,它与太阳的距离比其他任何航天器更近。
"一想到它,我总是会无比兴奋,"NASA的太阳物理学家Madhulika Guhathakurta说:"我想这是我留在NASA总部唯一的理由,那就是帕克太阳探测器。"
欧洲航天局的太阳轨道飞行器也在绕太阳飞行,它将为我们带来首次观察太阳极点的好机会。在这项任务之前,科学家大多只能观察从地球能看到的太阳表面,而观察极点对于了解磁场活动和太阳活动强度的周期变化至关重要。
更令太空爱好者兴奋的是,这次周期的极大期或将与日全食重合,也就是2024年4月,届时北美地区将会见证这场日全食。当月球遮住太阳,在日全食路径上的人们将会看到太阳上层大气精致的光环,即日冕,这是接近太阳活动极大期的壮观景象。
"它会给我们一种(能量)四处涌动的感觉,充满了活力,"Guhathakurta说。
终结者事件
虽然太阳专家认为,下一个周期已经开始,但关于这次太阳活动有多强烈,各方争议不断。2020年9月,第25太阳周期预测小组宣布,第25太阳周期已开始,他们预测,这次太阳活动比较温和。传统上,这些预测基于太阳黑子的数量,即太阳表面转瞬即逝的暗斑。太阳黑子出现在磁场较强的区域,随着太阳活动的强弱而变化。
2019年12月,科学家记录了太阳黑子最小值。这一观察结果标志着第24太阳周期的结束,预测小组后来说道,根据黑子开始重现的速度,第25太阳周期的强度似乎与第24相仿,相对平静。
然而,其他太阳活动周期专家得出了截然不同的结论:第25太阳周期将会是自1755年有记录以来最强的周期之一。马里兰大学巴尔的摩分校的Robert Leamon和同事没有计算太阳黑子的数量,而是根据他们所谓的"终结者事件"(terminator)来预测,即前一次太阳活动周期的所有磁场活动都消失的时间点。太阳黑子的变化通常与这一转变一致,但真正的终结者事件往往比太阳黑子最小值晚12到18个月。
"我想告诉所有人,除了太阳黑子外,还有更多的太阳活动,"Leamon说,他的团队把截然不同的预测结果发表在《太阳物理学》杂志上。
通过绘制270年来的终结者事件,Leamon和同事发现,两次事件之间的时间间隔与下一个周期的强度有着密切关系,间隔越短预示着强度越强。而这就是目前的状况,他说,间隔很短,第25周期的磁场活动或将在未来几个月内开始。
"我们已经很接近了,"Leamon说:"那时候我们会看到太阳活动大幅增加。"
灾难预测
强烈的太阳活动周期将给地球带来不小的麻烦。太阳黑子会带来大规模爆炸,即太阳耀斑,这些耀斑有时会把大量辐射和带电粒子抛向太空,即日冕物质抛射。足够强的日冕物质抛射与地球相撞,可能引发破坏性的地磁暴。
最著名的地磁暴发生于1859年,第10太阳周期,被称为"卡林顿事件"。它扰乱了电报,令操作人员倍感震惊;它还带来了极光,远至加勒比海的地方都能看到极光。今天,这种强度的地磁暴将会带来毁灭性的破坏:电网崩溃,卫星瘫痪,危及轨道上的宇航员,改变原计划的航线,地面通信系统无法穿过地球的上层大气。
强度较弱的喷发也很危险。1989年3月12日,由于日冕物质抛射影响到地球,电网被烧毁,整个魁北克省停电,人们被困在电梯和隧道里,而这次事件的强度只相当于卡林顿事件的一小部分。在轨道上,多颗卫星暂时陷入黑暗或无法保持高度,当天早些时候发射的发现号航天飞机上的传感器也发生故障。
太阳活动对地球的影响被称为"太空天气",多年来,科学家一直在微调如何预测太阳变危险的时间。更准确地预测太阳风暴,意味着可以更好地保护脆的弱基础设施,就像天气预报可以让风暴沿途的人们做好准备一样。
"我们无法阻止太阳上发生的事情,但如果我们有足够的预警,就有希望通过切换替代电网,减轻破坏程度,"美国天文学会太阳物理学部的公共政策委员会主席、西肯塔基大学的Gordon Emslie说。
意识到太阳风暴的破坏力后,2020年10月美国政府通过了《太空天气研究与预报法》。这项法案要求政府各机构共同合作,破解太空天气谜题,提高预测能力。这意味优先进行基础研究:太阳爆发是如何发生的,日冕物质抛射如何穿越太空,同时设置各种监测程序和卫星。
"如果能观察、分析微下击暴流、龙卷风和飓风,我们就能更好地了解这些现象,太空天气也是这样,"Emslie说。
太空机构已经在地面和轨道上设置了不少太阳观测望远镜,为我们带来多种波长的观测图像。最近新增的两艘航天器正在为科学家揭示太阳的正面情况。科学家已经开始利用探测器提供的数据,揭开太阳的谜团。
聚焦"营火"耀斑
2020年2月,欧洲航天局的太阳轨道飞行器发射升空,目前正在绕太阳运行;它借助金星的引力,将自身推入可以看到太阳极点的轨道。现在,飞行器正忙于利用各种机载仪器,研究太阳,帮助我们了解它对地球的影响。
去年5月,这些相机观测到,在太阳低层大气中发生了约1500次微型耀斑,或者说,按照太阳的标准,这些耀斑属于微型,因为有些耀斑会跨越整个星球。这些小型喷发持续了几十秒,研究团队称之为"营火"。
2020年5月,欧洲航天局的太阳轨道飞行器拍下了这张高分辨率图片,从中可以看到"营火"耀斑的特点,这或将为我们解开长期以来的谜团:为什么太阳上层大气的温度比表面高得多?供图:SOLAR ORBITER/EUI TEAM/ ESA & NASA; CSL, IAS, MPS, PMOD/WRC, ROB, UCL/MSSL
"这是人为创造的观察术语,描述的是在非常短的时间里爆发的非常小的耀斑,但它们到处都是,"欧洲航天局的太阳轨道飞行器项目的科学家Daniel Müller说。
营火发生在安静的区域,磁场线扭曲、纠缠,像超过负载的橡皮筋一样扭断,就会发生营火。这些磁场线断裂后重新连接,释放出热量,产生微小的耀斑。4月底,在欧洲地球科学联合会的会议上,科学家宣布,这些营火释放的能量足以解释长久以来的谜团。
太阳的表面温度约5480度,日冕则高达100万度。近一个世纪以来,太阳物理学家一直在试图揭开这个谜。
"这就像是你离开壁炉,走到100米开外,突然变得非常热,"Müller说:"怎么会这样?"北京大学的陈亚杰领导的团队通过模拟闷烧的太阳表面,计算出这些营火产生的热量足够给日冕加温。
"这些模型现在已经较为完善,我们可以相信模型得出的结论,"Müller说:"模型显示,我们研究的方向是正确的。"
这可能并不奇怪,NASA的Klimchuk说,营火似乎是一种更大的纳米耀斑,即一种小型太阳爆炸。1988年,物理学家Eugene Parker提出了纳米耀斑加热日冕的模型。
新研究还有很多未能解释的现象,包括营火发生在安静的区域,并向太阳大气释放热量,而纳米耀斑发生在更高的地方,而且在活跃区域尤其猛烈。太阳轨道飞行器的观测正在帮助科学家更好地理解这一现象。
但关于太阳,最亟待回答的问题是:它如何产生和控制磁场?
"这个一个非常重要的问题,"Leamon说,绕太阳运行的航天器正准备找出这个问题的答案。
太阳的磁场来自内部深处高温气体的搅动,即所谓的"太阳发电机"。在这个系统中,磁场线在太阳表面喷发并扩散。了解这一过程需要观测太阳极点,由于将航天器推入极点观察轨道需要能量,科学家很难开展这项研究。太阳轨道飞行器将在太阳的极点上空停留几年时间,收集这片区域的数据,为我们带来揭开这一谜团的重要线索。
与此同时,NASA的帕克太阳探测器正在逼近太阳,甚至在太阳的上层大气中进进出出,这意味着它将最先遭遇第25太阳周期。这也是科学家首次近距离研究太阳从沉睡中苏醒,把帕克太阳探测器收集的信息与太阳活动对地球的影响结合起来。
壮观的日全食
在这个太阳活动周期里,人们不需要乘坐宇宙飞船就能看到太阳活动。2024年4月8日,月球将运行到地球和太阳之间,完全挡住太阳。这次日全食会持续近4分半,从得克萨斯州到缅因州,这片狭长地带都可以看到,而且日全食发生在太阳活动极大期。
作为日食爱好者,Guhathakurta自1991年在墨西哥海岸第一次看到日全食后,就一直在追逐这一天象。对于她来说,那是一次惊人的超验经历。
"它会改变你,"她说:"它会促使你深入思考宇宙,宇宙与我们的关系,思考我们身为人类最基本的问题。"
这次的日全食不同于2017年那次。虽然那一次,美国大部分地区都可以看到日全食,但适逢太阳活动逐渐减弱,日冕相当温和。
日冕通常被阳光掩盖,从太阳表面延伸出几百万公里。但日食过程中,太阳被遮住,观者可以看到一个纤细的护套,看上去就像闪闪发光的光环,装饰着黑色的月面。
太阳活动极小期的日食,我们可以在太阳赤道附近看到冕流等特征,在月球边缘附近可能有少量小耀斑。而在太阳活动极大期,日冕则会是最壮观的景象。
"你会看到很多冕流,不仅仅是赤道,极地地区也有,"Guhathakurta说:"我们可能会捕捉到日珥或耀斑后环。"
只有当月球完全遮住太阳后,我们才能看到冕流和其他现象,这也是裸眼直视太阳唯一安全的时候。我们可以在月球缓慢地掠过日面时,观看这一壮观景象,而当新月渐渐移开,诡异的微光不断增强,我们就需要戴上防护镜了。即便我们无所畏惧,直面太阳的飞行器也需要严密保护。
日冕在月球后方活跃,而精致的光环和冕流会追随着太阳不可见的磁场线,为我们揭开科学谜题。
消防安全四个能力(消防安全知识内容)消防安全四个能力(消防安全知识内容)190243泉州消防大家在公共场所或者阅读消防有关的新闻动态时总会遇到一些名词一懂三会三提示四个能力你知道他们的意思嘛?今天就一起来了解下吧SA
科普下真核细胞中脂类分子合成的主要场所关于到现在真核细胞中脂类分子合成的主要场所这个话题,相信很多小伙伴都是非常有兴趣了解的吧,因为这个话题也是近期非常火热的,那么既然现在大家都想要知道真核细胞中脂类分子合成的主要场所
植物的传播方法(种子的传播途径)植物的传播方法(种子的传播途径)从母体那里产生新的个体叫做繁殖。大部分的植物具有根茎和叶等植物的营养结构,分离出的幼体经过一段时间生长成为成熟体。植物产生后代的方式有二种,无性生殖
科普下煤气中毒是什么引起的如何预防煤气中毒关于到现在科普下煤气中毒是什么引起的如何预防煤气中毒这个话题,相信很多小伙伴都是非常有兴趣了解的吧,因为这个话题也是近期非常火热的,那么既然现在大家都想要知道科普下煤气中毒是什么引
科普下煤气中毒是什么引起的如何预防煤气中毒关于到现在煤气中毒是什么引起的如何预防煤气中毒这个话题,相信很多小伙伴都是非常有兴趣了解的吧,因为这个话题也是近期非常火热的,那么既然现在大家都想要知道煤气中毒是什么引起的如何预防
科普下煤气中毒是什么引起的如何预防煤气中毒关于到现在煤气中毒是什么引起的如何预防煤气中毒这个话题,相信很多小伙伴都是非常有兴趣了解的吧,因为这个话题也是近期非常火热的,那么既然现在大家都想要知道煤气中毒是什么引起的如何预防
科普下植被覆盖率对地表径流的影响关于到现在植被覆盖率对地表径流的影响这个话题,相信很多小伙伴都是非常有兴趣了解的吧,因为这个话题也是近期非常火热的,那么既然现在大家都想要知道植被覆盖率对地表径流的影响,小编也是到
秋天成熟的农作物(描写秋天成熟的农作物)秋天成熟的农作物(描写秋天成熟的农作物)秋季是个大丰收的季节,秋季来临后,农作物开始逐渐成熟,而人们食用的往往是农作物的根茎和果实,很少会食用其茎叶。不过,有些农作物的茎叶是可以吃
按摩针灸(针灸按摩有助于睡眠吗?)按摩针灸(针灸按摩有助于睡眠吗?)针灸按摩这种传统中医治疗系统(TCM)已被用于治疗各种疾病,从不孕症到化疗引起的恶心,甚至是偏头痛。但是是否有真正的证据表明针灸有助于改善睡眠?我
科普下达尔文的生物进化论理论的进步与缺陷关于到现在科普下达尔文的生物进化论理论的进步与缺陷这个话题,相信很多小伙伴都是非常有兴趣了解的吧,因为这个话题也是近期非常火热的,那么既然现在大家都想要知道科普下达尔文的生物进化论
科普下初中物理中的二十类物理模型及隐含条件关于到现在科普下初中物理中的二十类物理模型及隐含条件这个话题,相信很多小伙伴都是非常有兴趣了解的吧,因为这个话题也是近期非常火热的,那么既然现在大家都想要知道科普下初中物理中的二十
中学生早餐食谱大全(适合中学生的早餐)中学生早餐食谱大全(适合中学生的早餐)一周学生早餐,面食小吃换着做,牛奶鸡蛋也不少,能量满满。学生早餐不用愁,看我们家早餐,面条包子面包,早餐饼等,搭配蔬菜牛奶鸡蛋,简单快捷轻松上
杂志约稿(杂志征稿通知)杂志约稿(杂志征稿通知)202107171116汤小小轻松高效写作文铃铛后台回复听课,听免费课程后台回复写作,加入写作群1hr转眼,我接触新媒体写作已经差不多快三年了。至今,我依稀
发稿公司(新闻投稿平台有哪些)发稿公司(新闻投稿平台有哪些)为了能增强品牌的宣传力度和宣传效果,媒体发稿平台的选择至关重要。在众多的新闻媒体资源中,媒介匣认为媒体发稿平台的选择要根据发稿的实际所需来决定,不选好
数学知识物体的什么叫做物体的体积关于到现在物体的什么叫做物体的体积这个话题相信很多小伙伴都是非常有兴趣了解的吧因为这个话题也是近期非常火热的那么既然现在大家都想要知道物体的什么叫做物体的体积小编也是到网上收集了一
百度被黑(如何确认网盘账号被拉黑)百度被黑(如何确认网盘账号被拉黑)文华商韬略张津京2018年11月9日上午10时许,部分用户突然发现,无论是在PC端还是移动端,都打不开百度页面和APP了。一时间,百度宕机的传闻甚
哈姆雷特人物分析(哈姆雷特主要人物分析)哈姆雷特人物分析(哈姆雷特主要人物分析)哈姆雷特又被译为王子复仇记,主要讲述了丹麦王子复仇的故事。王子在外留学期间父亲死亡,在回国之后发现父亲之死另有隐情的故事。故事中刻画了众多人
孙悟空简笔画(孙悟空的画法)孙悟空简笔画(孙悟空的画法)大家好,不爱手工的设计师不是好漫迷,我是小蹊。今天小蹊就教大家用2103这四个数字来画可爱的小猴子,这个学会,可是可以拿来和朋友或小孩子去显摆一下的呢,
天下第一奇山(我国天下第一奇山是什么)天下第一奇山(我国天下第一奇山是什么)曦分享时刻编辑发布,喜欢的朋友关注,点赞,点头像查看更多精彩内容!黄山,原名黟山,相传轩辕黄帝曾在这里炼丹修道,至今山上还有炼丹台晒药岩等痕迹
推铅球运动的起源(铅球的历史由来)推铅球运动的起源(铅球的历史由来)球的起源与发展推铅球是一项古老的运动项目之一。最早的推铅球运动起源于古代人类用石块猎取野兽或防御攻击的活动,后来又逐渐从军队的游戏中演化而来。希腊
负荆请罪的来源(负荆请罪的典故)负荆请罪的来源(负荆请罪的典故)廉颇负荆请罪的故事流传深远。廉颇升任赵国大将军的时候,蔺相如还是个无名小卒。后来秦国提出要用十五座城市交换赵王的珍宝和氏璧,蔺相如被人举荐出使秦国。
知识岱宗夫如何齐鲁青未了中的岱宗指的是关于到现在岱宗夫如何齐鲁青未了中的岱宗指的是这个话题相信很多小伙伴都是非常有兴趣了解的吧因为这个话题也是近期非常火热的那么既然现在大家都想要知道岱宗夫如何齐鲁青未了中的岱宗指的是小