太阳发“脾气”,地球会怎样?专家趣释“空间

2019-03-27 16:54

随着科学技术的不断提高,人们逐渐认识到地球除了陆地、海洋和大气环境外,还存在与人类的生存发展息息相关的空间环境。今年第59个世界气象日的主题为“太阳、地球和天气”,南京信息工程大学空间天气研究所李婧媛应邀为我们介绍“空间天气”,太阳如果发了“脾气”,我们的天气也会受影响。

今年春节,《流浪地球》的热映让我们对空间天气有了新的认知。不少科幻爱好者不禁畅想,假如有一天,太阳真的“失联”了,会是怎样的场景?李婧媛博士告诉记者,如果没有了太阳,那么地球就没有了能量来源。太阳上的氢烧完后,开始燃烧氦,这意味着太阳能量的不平衡,地球如果不流浪可能就会被太阳火焰吞噬,温度可能会达到3000多摄氏度。

这个并不符合逻辑的畅想,让我们意识到了空间天气“平静”的重要性。

李婧媛介绍,“空间天气”主要发生在距地30 km以上。相较于平日的风和雨,在空间天气中,我们所关心的“风”指的是太阳风,地面风速大约十几米/秒,而太阳风速大约400-600千米/秒;“雨”则是来自太阳的带电粒子雨;在空间天气中没有阴晴之分,但有太阳和地磁场的“平静”与“扰动”之别,空间天气不太关心“冷暖”,而是特别注意太阳的紫外线和X射线辐射的变化。空间天气如同天气一样也有好坏之分。当空间天气变化十分剧烈时,会对人类技术系统产生严重的影响,这种空间天气被称为灾害性空间天气。

在历史上,最为典型的灾害性空间天气事件要数1989年3月13日的大磁暴对全球造成的影响。在磁暴发生后,不到90秒钟,加拿大整个魁北克省电网完全崩溃,全省陷入漆黑一片。大部分地区经受了长达9个小时的断电,部分地方断电持续了数日。我国所处的地理位置离地磁场北极比较远,所以以前发生灾害性空间天气事件对国内危害不显著。但我们并不能因此而放松警惕,已经有研究表明2012年与2017年都有类似1989年的超级太阳风暴发生,只不过没有对准地球,所以没有引起类似1989年的超强大磁暴发生。

空间天气不仅会制造各种各样的麻烦,它也会产生绚丽的极光。极光可以说是磁暴在产生过程中的附属产品。伴随着太阳风,来自太阳的高能粒子沿着极区磁场的开口进入地球大气层,激发大气中的原子、分子发出各种颜色的光,磁暴越大则极光越强,在魁北克事件中,加拿大及北美以及美国南部佛罗里达州都能看到,当时观测到的极光的亮度足以满足夜间读书看报的需求。

通过相关的新闻报道,大家或许知道磁暴会影响人们的手机通信,其实不被大众所知的是,磁暴也会对高层大气的温度与风场产生影响。李婧媛所在研究团队发现,在磁暴期间全球中间层-低热层区域温度的响应,温度有升有降,变化范围从零下30摄氏度到30摄氏度。这种温度变化会产生压力梯度力,进而形成磁暴期间中纬度中间层-低热层的扰动风场,“只有在充分理解空间天气造成高层大气的温度、风场等变化的物理过程基础上,我们才能继续对空间天气对底层大气的影响进行进一步研究”。

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