2012年太陽風(fēng)暴——不靠譜的太陽長期預(yù)報(bào)？
摘要：信息、太空時(shí)代的人們比以往更加依賴空間天氣，也就是太陽活動(dòng)，然而受制于原理和觀測水平，空間天氣短期預(yù)報(bào)差強(qiáng)人意，長期預(yù)報(bào)問題還遠(yuǎn)未解決。
關(guān)于2012年即將發(fā)生強(qiáng)烈太陽風(fēng)暴的消息已經(jīng)充斥了網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)角落，美國宇航局（NASA）和美國科學(xué)院發(fā)布的這份報(bào)告說，屆時(shí)太陽活動(dòng)將會(huì)異常猛烈，太陽噴發(fā)出的帶電粒子流將會(huì)大規(guī)模地襲擊地球，從而對(duì)所有依靠磁場、電力的部門形成威脅，而今天的我們的生活無不依靠電力、電器，2012年有可能會(huì)爆發(fā)嚴(yán)重的“太陽災(zāi)害”，造成嚴(yán)重的生命和財(cái)產(chǎn)損失。
然而事實(shí)真的如此嗎？美國科學(xué)院發(fā)布這項(xiàng)報(bào)告的根據(jù)是什么呢？當(dāng)前我們對(duì)太陽這顆最近的恒星了解多少？不對(duì)這則新聞的背景作一些深入的了解，我們無法判斷這則報(bào)告是靠譜的科學(xué)報(bào)告，還是為搶眼球而制造的聳人聽聞的噱頭。
2006年GOES-13衛(wèi)星拍攝一次太陽耀斑，記錄這個(gè)耀斑的儀器被燒壞了。
實(shí)際上，就在2007年4月，NASA和美國海洋大氣管理局成立的第24太陽活動(dòng)周預(yù)報(bào)委員會(huì)還做過一個(gè)令人大跌眼鏡的舉動(dòng)：發(fā)布了兩份截然不同的報(bào)告，一份認(rèn)為第24周太陽活動(dòng)將會(huì)非常強(qiáng)烈，其峰值大致出現(xiàn)在2011年的后期，而另一份報(bào)告則認(rèn)為下一周期的太陽活動(dòng)相對(duì)較弱，峰值出現(xiàn)在2012年中期。這是怎么回事？以精確而著稱的天文學(xué)家怎么做出了這樣“不靠譜”的事情？如此自相矛盾的兩份報(bào)告，讓公眾何去何從？實(shí)際上回顧一下太陽的觀測史就會(huì)發(fā)現(xiàn)，天文學(xué)家們對(duì)于太陽的“脾氣”還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有摸透。
在近代天文學(xué)史上，對(duì)于太陽的觀測是從400年前的伽利略開始的，他用他親手制造的天文望遠(yuǎn)鏡觀測太陽表面，發(fā)現(xiàn)了太陽黑子，并正確地推斷太陽存在自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。從伽利略之后，對(duì)太陽的觀測一直持續(xù)下來，但早期的天文學(xué)家并不清楚太陽的本質(zhì)，也不清楚太陽對(duì)于地球會(huì)有多大的影響。我們所熟知的一位“反派”哲學(xué)家孔德在1825年還認(rèn)為恒星的化學(xué)組成是人類永遠(yuǎn)無法知道的知識(shí)，三十多年后的1859年，夫瑯和費(fèi)就通過太陽光譜觀測揭示了太陽上的化學(xué)元素。
還是在1859年9月1日上午，德國天文學(xué)家卡林頓在自家的天文臺(tái)上觀測太陽，突然發(fā)現(xiàn)在一片黑子群上發(fā)生明亮的閃光，呈現(xiàn)新月形，卡林頓很興奮地喊其他人來看，但卻發(fā)現(xiàn)這個(gè)閃光僅僅持續(xù)5分鐘?？诸D以為他看到的是一顆大隕石落到太陽上發(fā)出的光芒，但隨后發(fā)生的現(xiàn)象讓他否定了這個(gè)想法。就在當(dāng)天和第二天，從兩極到熱帶地區(qū)的很多人都看到了非常明亮而絢爛的極光現(xiàn)象，甚至在夏威夷、古巴、巴哈馬的夜里都可以看報(bào)紙。很多報(bào)務(wù)員發(fā)現(xiàn)他們的電報(bào)機(jī)無緣無故地發(fā)出了電火花，電報(bào)業(yè)務(wù)陷入停頓。幸好當(dāng)時(shí)的電器使用還不普遍，沒有產(chǎn)生更大的災(zāi)難。
德國天文學(xué)家卡林頓記錄的太陽耀斑，可能是迄今最強(qiáng)的一次
這次的“卡林頓事件”讓天文學(xué)家認(rèn)識(shí)到的太陽活動(dòng)對(duì)地球的巨大影響，那天上午卡林頓所看到的就是一次巨大的太陽耀斑?？诸D和同時(shí)代的幾位天文學(xué)家通過多年的觀測，發(fā)現(xiàn)太陽黑子數(shù)量存在大約11年的周期，黑子的“存活”事件為幾天到幾個(gè)星期不等。每個(gè)周期開始的時(shí)候，太陽黑子在太陽表面的中緯度出現(xiàn)（平均約35度），隨后出現(xiàn)的黑子位置逐漸靠近赤道最終到達(dá)緯度約5度的地方。在前一個(gè)周期的黑子將要完全消失后的時(shí)候，下一周期的黑子又在中緯度開始出現(xiàn)。
太陽黑子出現(xiàn)位置的蝴蝶圖反應(yīng)了太陽活動(dòng)周期
在這11年的周期中，從太陽達(dá)到地球的能量變化僅僅為千分之一。今天的科學(xué)家們認(rèn)為，就是這千分之一的能量，可能對(duì)地球的天氣和氣候變化產(chǎn)生了巨大的影響，在樹木的年輪中可以分辨出來這種影響。尤其是對(duì)于電氣化、信息化程度極大提高的今天，來自太陽耀斑的影響更加不容忽視。
太陽耀斑就是卡林頓所看到的巨大閃光，在黑子群附近經(jīng)常會(huì)發(fā)生耀斑現(xiàn)象。太陽黑子附近時(shí)太陽磁場比較集中的地方，磁場中束縛了大量的能量，當(dāng)逐漸積累的能量沖破磁場束縛，沖向宇宙空間的時(shí)候，就是一次耀斑事件，或者稱之為“日冕物質(zhì)拋射”。耀斑事件不但包含強(qiáng)烈的紫外線、X射線和伽瑪射線等電磁波，還有各種高能的帶電粒子流，這種粒子流的沖擊，一般被形象地稱為“太陽風(fēng)暴”。
我們的地球是一艘停泊在太陽附近的“宇宙飛船”，造物主恩賜給我們很好的防護(hù)，在接受太陽送來的光和熱的同時(shí)，可以避免太陽風(fēng)暴的傷害。大氣層吸收了大部分射線，地球磁場則將來自太陽的大部分高能粒子流輸送到兩極附近，由于粒子流和高層大氣的相互作用而產(chǎn)生美麗的極光。但再好的防護(hù)也有失靈的時(shí)候，強(qiáng)大的耀斑帶來的粒子流會(huì)干擾電離層，對(duì)電波通訊產(chǎn)生干擾甚至中斷。尤其是對(duì)于人造衛(wèi)星和宇宙飛船來說，強(qiáng)烈的粒子流將會(huì)損壞儀器，威脅宇航員的安全。
第二次世界大戰(zhàn)中，德國司令部一名無線電報(bào)務(wù)員在執(zhí)行任務(wù)時(shí)通訊突然中斷，無法傳遞信息而導(dǎo)致戰(zhàn)斗失敗，因而被軍事法庭處決；但事后的調(diào)查表明，這次事故很有可能是由于太陽耀斑爆發(fā)造成，可憐的報(bào)務(wù)員卻做了無辜的冤死鬼。1989年3月加拿大魁北克省遭遇太陽風(fēng)暴的襲擊，導(dǎo)致大面積停電長達(dá)9小時(shí)之久。
然而太陽耀斑的發(fā)生卻并不是均勻的，難以做到長時(shí)間的提前預(yù)報(bào)，而且越是在太陽活動(dòng)的高峰年，太陽風(fēng)暴越是頻繁。人類已經(jīng)發(fā)射了數(shù)十顆衛(wèi)星專門對(duì)太陽進(jìn)行監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)了24小時(shí)全天候監(jiān)測，在1995年發(fā)射的SOHO衛(wèi)星，就實(shí)現(xiàn)了提前半小時(shí)隊(duì)太陽風(fēng)暴發(fā)布警報(bào)，其后又發(fā)射了ACE、TRACE、STEREO等衛(wèi)星，可以更快地對(duì)空間天氣進(jìn)行監(jiān)測，短期預(yù)報(bào)越來越靠譜了，所以今天我們在天氣預(yù)報(bào)節(jié)目中看到“空間天氣預(yù)報(bào)”，在不久之前，這還只是航天、通訊等部門才能享有專利。
但是在長期預(yù)報(bào)方面進(jìn)展卻困難重重，預(yù)言下一個(gè)太陽活動(dòng)周的活動(dòng)水平從來都不是一個(gè)簡單的任務(wù)，上世紀(jì)50年代，科學(xué)家們曾預(yù)言第19周期的活動(dòng)應(yīng)該相對(duì)較弱，但事實(shí)證明那個(gè)周期是有史以來最強(qiáng)烈的一次，強(qiáng)勁的太陽風(fēng)暴頻頻出現(xiàn)。剛結(jié)束的第23太陽活動(dòng)周開始于1995年8月，理論上應(yīng)該在2006年左右結(jié)束，然而一直到2008年，科學(xué)家們都不能肯定第23周是否終結(jié)，因?yàn)樘柋砻娈惓Ｆ届o，標(biāo)志第24周開始的太陽黑子遲遲不肯出現(xiàn)，這令科學(xué)家們多次發(fā)出的“第24太陽活動(dòng)周已經(jīng)開始”的預(yù)測成為錯(cuò)誤的警報(bào)。不過當(dāng)前天文學(xué)家已經(jīng)觀測到一些太陽黑子出現(xiàn)的緯度以及太陽磁場行為符合第24周的特征，日震學(xué)研究也表明太陽內(nèi)部的氣體流動(dòng)形態(tài)與第23周早期相似，正如有的科學(xué)家表示：“新的太陽活動(dòng)周可能用了更長時(shí)間才來到太陽表面，但它已經(jīng)在路上了。”
即使是當(dāng)前科學(xué)家們謹(jǐn)慎地表示第24太陽活動(dòng)周已經(jīng)開始，他們也發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在的太陽黑子活動(dòng)水平異乎尋常得低。實(shí)際上從2004年到2009年5月，已經(jīng)有六百多天在太陽表面沒有看到黑子了，太陽磁場活動(dòng)和太陽風(fēng)也比以往弱得多，這讓很多科學(xué)家懷疑太陽活動(dòng)即將進(jìn)入另一個(gè)“蒙德極小期”。
歷史上的蒙德極小期（Maunder Minimum，1645——1715），太陽黑子消失了。
歷史可能又一次發(fā)生了重復(fù)。在1609年伽利略第一次觀測到太陽黑子不久，太陽就幾乎停止了產(chǎn)生黑子，從1645年到1715年長達(dá)70年里，太陽表面幾乎沒有黑子，這被稱為“蒙德極小期”。太陽活動(dòng)的停頓導(dǎo)致太陽輸出能量減少，盡管比例很低，但對(duì)于地球來說，影響卻是巨大的，當(dāng)時(shí)的地球進(jìn)入“小冰川期”，其后寒冷，農(nóng)作物嚴(yán)重減產(chǎn)，很多地方發(fā)生饑荒。NASA科學(xué)家通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，過去一萬年中，太陽有七分之一的時(shí)間都處在這種“極小期”中，而當(dāng)前還沒有科學(xué)家知道為什么會(huì)有這樣的活動(dòng)變化，太陽這個(gè)“發(fā)電機(jī)”的工作原來對(duì)于我們來說還是一個(gè)黑匣子。
這說明我們對(duì)于太陽的認(rèn)識(shí)還很膚淺，對(duì)于太陽的深層次結(jié)構(gòu)和長期變化還缺乏了解。實(shí)際上第24太陽活動(dòng)周預(yù)報(bào)委員會(huì)已經(jīng)于2009年5月8日發(fā)布了預(yù)報(bào)修改稿，首先這次太陽活動(dòng)極小期應(yīng)該是在2008年12月，比此前發(fā)布的預(yù)報(bào)晚了9個(gè)月，其次，第24周的太陽活動(dòng)極大期活動(dòng)強(qiáng)度可能相對(duì)較弱，最后，2013年5月可能才是太陽活動(dòng)的峰值到來的時(shí)間。
有NASA的科學(xué)家表示，這可能是又一次“蒙德極小期”（長達(dá)數(shù)十年的太陽活動(dòng)平靜期）到來之前的最后一個(gè)太陽活動(dòng)周，這雖然可能讓我們將來看不到美麗的極光，但由此造成的太陽輻射能量降低有可能部分彌補(bǔ)人類的溫室效應(yīng)造成的全球變暖，這未必不是另一種意義上的“因禍得福”。
第24周太陽活動(dòng)的預(yù)言————未有定論
因此對(duì)于2012年可能出現(xiàn)的太陽風(fēng)暴，公眾完全沒有必要驚慌，一則日益完善的空間天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)可以讓我們提前做好準(zhǔn)備，避免嚴(yán)重的損失，二則對(duì)于太陽了解的不完善，這個(gè)警報(bào)可能是一次虛假警報(bào)。
不過一個(gè)真實(shí)的警報(bào)是：對(duì)于太陽，我們可得好好研究一下了。
拓展閱讀
國家天文臺(tái)太陽活動(dòng)預(yù)報(bào)中心http://rwcc.bao.ac.cn/
太陽活動(dòng)周期預(yù)報(bào)http://solarscience.msfc.nasa.gov/predict.shtml
第24太陽活動(dòng)周預(yù)報(bào)http://science.nasa.gov/headlines/y2009/29may_noaaprediction.htm
1859卡林頓事件http://science.nasa.gov/headlines/y2008/06may_carringtonflare.htm
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