“太陽(yáng)的微笑”或預(yù)示地磁暴可能襲擊地球？其實(shí)不是特別可怕

出品：科普中國(guó)

作者：王錚

監(jiān)制：中國(guó)科普博覽

最近，一張圖片和相關(guān)新聞報(bào)道多次出現(xiàn)在大眾視野中——太陽(yáng)的“微笑”。10月26日，美國(guó)航空航天局NASA發(fā)布了這張照片，并配文稱(chēng)：“今天，NASA的太陽(yáng)動(dòng)力學(xué)天文臺(tái)捕捉到了太陽(yáng)的‘微笑’。在紫外線(xiàn)成像中，這些太陽(yáng)上的暗斑被稱(chēng)為日冕洞，是高速太陽(yáng)風(fēng)涌入太空的區(qū)域?！?/p>

推特@NASASun發(fā)布的太陽(yáng)“微笑”照片和配文（圖片來(lái)源：推特截圖）

該照片公布后，網(wǎng)友們有的大呼“可愛(ài)”，并大開(kāi)腦洞，在太陽(yáng)的“微笑”原圖中加上帽子、笑臉等各種元素；也有部分網(wǎng)友發(fā)出了“小心太陽(yáng)風(fēng)暴”的擔(dān)憂(yōu)。

相信大家都看到了不少相關(guān)報(bào)道，但身邊好像并沒(méi)有發(fā)生什么變化。盡管媒體做了很多的宣傳，也強(qiáng)調(diào)了這一現(xiàn)象對(duì)地球的危害，但一通術(shù)語(yǔ)下來(lái)，又好像啥也沒(méi)明白。今天，我們就來(lái)看看太陽(yáng)的“微笑”到底是什么，它真有那么可怕嗎？

新聞媒體報(bào)道：提防“太陽(yáng)的微笑”

從圖片來(lái)看，太陽(yáng)上黑色的條紋確實(shí)很像一張笑臉的眼睛和嘴巴。這張實(shí)拍照片是由NASA的“太陽(yáng)動(dòng)力學(xué)天文臺(tái)”衛(wèi)星（Solar Dynamics Observatory，簡(jiǎn)稱(chēng)SDO）捕捉到的，美國(guó)全國(guó)公共廣播電臺(tái)（NPR）、英國(guó)《衛(wèi)報(bào)》、美國(guó)趣味科學(xué)網(wǎng)站等媒體以“微笑的太陽(yáng)有可能給地球制造問(wèn)題”為主題進(jìn)行了相關(guān)報(bào)道。

美國(guó)趣味科學(xué)網(wǎng)站10月29日刊發(fā)了一則題為《“微笑”的太陽(yáng)本周末可能會(huì)用地磁暴襲擊地球》的報(bào)道。報(bào)道中指出，有人說(shuō)，當(dāng)你微笑時(shí)，全世界都和你一起笑?？墒钱?dāng)太陽(yáng)微笑時(shí)，全世界會(huì)沐浴在傾瀉而下的等離子體中。這正是離我們最近的恒星向我們展露可愛(ài)“笑臉”時(shí)出現(xiàn)的令人遺憾的潛臺(tái)詞。

《衛(wèi)報(bào)》對(duì)事件報(bào)道的截圖（圖片來(lái)源：衛(wèi)報(bào)網(wǎng)站）

這些報(bào)道基本援引了“太陽(yáng)‘微笑’時(shí)太陽(yáng)風(fēng)等離子體會(huì)對(duì)地球傾斜而下”的說(shuō)法。同時(shí)，根據(jù)相關(guān)報(bào)道，科學(xué)家預(yù)測(cè)這股“帶電粒子風(fēng)”將在10月29日或30日的某個(gè)時(shí)候撞入地球磁場(chǎng)，屆時(shí)有可能會(huì)引發(fā)一場(chǎng)小型地磁暴，進(jìn)而可能擾亂在軌衛(wèi)星的運(yùn)行，并給地球帶來(lái)小規(guī)模的電網(wǎng)波動(dòng)。

“微笑”是如何形成的？

衛(wèi)星拍攝太陽(yáng)“微笑”所使用的光，并不是咱們?nèi)庋劭吹降墓?，而是紫外線(xiàn)，即波長(zhǎng)比紫色光更短的光。

作為一顆主要成分為氫元素的大球，太陽(yáng)的內(nèi)部不斷發(fā)生高強(qiáng)度核反應(yīng)，當(dāng)能量傳輸?shù)酵鈱訒r(shí)，最外層的氫原子處在100萬(wàn)度以上的高溫中，從而變成氫離子（質(zhì)子）和電子混合成的“等離子體”，并不斷釋放出各種波長(zhǎng)的輻射——紫外線(xiàn)就是其中的一種。因此，利用紫外線(xiàn)對(duì)太陽(yáng)拍照時(shí)，就可能得到太陽(yáng)“微笑”這樣的圖片。

既然是用紫外線(xiàn)拍照，紫外線(xiàn)強(qiáng)的地方會(huì)更亮，而紫外線(xiàn)弱的部分則更暗，“微笑”的眼睛和嘴巴就是日冕上3個(gè)巨大無(wú)比的暗區(qū)，每個(gè)都比地球大幾十倍，稱(chēng)為“冕洞”。

通常情況下，冕洞中物質(zhì)的溫度和密度比周?chē)〉枚?，并且其中的太?yáng)磁場(chǎng)是開(kāi)放向外的，這就使得太陽(yáng)的那些高溫等離子體能夠沿著磁力線(xiàn)向外高速?lài)姲l(fā)，當(dāng)其進(jìn)入太陽(yáng)周?chē)奶諘r(shí)，就形成了高速的太陽(yáng)風(fēng)。媒體報(bào)道中的“傾瀉而下的等離子體”、“帶電粒子風(fēng)”，指的就是這些物質(zhì)。

可想而知，高速的太陽(yáng)風(fēng)比平時(shí)普通的那些更有威力。常見(jiàn)的高速太陽(yáng)風(fēng)在地球周?chē)梢赃_(dá)到1000千米每秒（有趣的是，太陽(yáng)風(fēng)是越飛越快的，剛離開(kāi)太陽(yáng)時(shí)反而沒(méi)有這么快），大約2-3天可以從太陽(yáng)上“吹”到地球。

經(jīng)過(guò)圖片色彩處理后，能看到太陽(yáng)向外強(qiáng)烈的噴發(fā)（圖片來(lái)源：人民網(wǎng)）

為什么說(shuō)太陽(yáng)的“微笑”會(huì)引起地球磁暴？

既然我們能看到太陽(yáng)正對(duì)著地球“微笑”，那么可想而知，來(lái)自冕洞的高速太陽(yáng)風(fēng)也會(huì)朝著地球的方向噴發(fā)。

這些帶電粒子流會(huì)對(duì)生物造成傷害，還會(huì)破壞衛(wèi)星等電子設(shè)備的電路，但萬(wàn)幸的是，地球周?chē)写艌?chǎng)的保護(hù)。朝向太陽(yáng)一面，在大約幾萬(wàn)千米遠(yuǎn)的范圍內(nèi)，地球的磁場(chǎng)從南向北像籠子一般把地球圈住，帶電粒子無(wú)法直接穿透這個(gè)“籠子”，磁場(chǎng)會(huì)施加偏轉(zhuǎn)的力讓它們繞行。

然而，太陽(yáng)風(fēng)也帶著太陽(yáng)的磁場(chǎng)。在一定條件下，太陽(yáng)和地球的磁場(chǎng)相互作用，會(huì)把太陽(yáng)的帶電粒子和能量送入地球周?chē)目臻g，從而改變太空當(dāng)中環(huán)繞地球的電流，變化的電流也引發(fā)磁場(chǎng)的變化，最終引起了整個(gè)地球的磁場(chǎng)擾動(dòng)。

科學(xué)家將這一現(xiàn)象稱(chēng)為“地磁暴”，簡(jiǎn)稱(chēng)磁暴。媒體報(bào)道中太陽(yáng)“微笑”對(duì)地球的影響，指的正是磁暴。

此次太陽(yáng)的“微笑”，真有那么可怕嗎？

磁暴究竟有什么危害呢？磁暴相關(guān)的電磁活動(dòng)可能會(huì)傷害衛(wèi)星等航天器，干擾航天器的正常飛行；同時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生雜音掩蓋通訊時(shí)的正常訊號(hào)，甚至使通訊中斷；嚴(yán)重的時(shí)候，磁暴會(huì)在地面輸電網(wǎng)絡(luò)中引起大電流，導(dǎo)致電網(wǎng)電流的波動(dòng)，甚至破壞輸電網(wǎng)絡(luò)。

為了衡量磁暴的強(qiáng)度，科學(xué)家觀測(cè)了全球磁場(chǎng)變化，計(jì)算了一種參數(shù)叫做Dst指數(shù)，以納特（nT）為單位，這種指數(shù)在0上下變化，負(fù)值負(fù)的越厲害說(shuō)明磁暴越強(qiáng)，比如弱磁暴的Dst指數(shù)約為-30～-50nT；中等磁暴的Dst指數(shù)約為-50nT～-100nT；強(qiáng)磁暴的Dst指數(shù)約為-100nT～-200nT；超強(qiáng)磁暴的Dst指數(shù)小于-250nT。

綜合以上內(nèi)容，我們來(lái)梳理一下媒體報(bào)道中的前因后果——10月26日拍攝到太陽(yáng)的“微笑”說(shuō)明冕洞朝向地球，釋放的高速太陽(yáng)風(fēng)大約兩至三天到達(dá)地球。根據(jù)估計(jì)，大約10月29日至10月30日開(kāi)始影響地球，在這幾天內(nèi)會(huì)出現(xiàn)大概Dst=-30～-50nT的弱磁暴。

我們來(lái)看下圖Dst指數(shù)的變化，Dst指數(shù)下降了，但下降的不多，最低為-53nT。-50nT的磁暴非常弱，每年會(huì)出現(xiàn)許多次，因此，我們很難感受到日常生活會(huì)發(fā)生明顯的變化。

國(guó)際地磁中心發(fā)布的2022年10月Dst指數(shù)（圖片來(lái)源：https://wdc.kugi.kyoto-u.ac.jp/dst_realtime/202210/index.html）

為什么太陽(yáng)的“微笑”如此壯觀，引起的磁暴卻沒(méi)有多強(qiáng)呢？

首先，類(lèi)似的冕洞現(xiàn)象是經(jīng)常發(fā)生的，“微笑”的圖形比較吸引眼球，但對(duì)于太陽(yáng)來(lái)說(shuō)只算“偶露崢嶸”；其次，正對(duì)地球的“微笑”，正對(duì)地球噴出的物質(zhì)需要2-3天飛到地球的位置，但這段時(shí)間地球已經(jīng)繞著太陽(yáng)飛行了一段距離，很難被直接沖擊。因此，可能危害地球的太陽(yáng)“微笑”，僅就這一次來(lái)說(shuō)，并不是特別可怕。

結(jié)語(yǔ)

關(guān)于太陽(yáng)噴出的粒子流是否會(huì)命中廣闊宇宙空間中“小小”的地球這一問(wèn)題，需要科學(xué)家們進(jìn)行精密?chē)?yán)謹(jǐn)?shù)挠?jì)算后得知。倘若存在重大風(fēng)險(xiǎn)，科學(xué)家們會(huì)向全世界發(fā)出警報(bào)，因此不必過(guò)于擔(dān)心。

編輯：應(yīng)奕可