漫谈太阳风暴
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虽然太阳只是宇宙中无数的恒星之一，但对人类来说，它却是万物赖以生存的能源.古今中外各个民族都对太阳是一片歌颂声，它哺育着我们的地球.尽管太阳的优点很多，也不可能是十全十美的，如果说太阳的优点有99.9%，那么毕竟还有0.1%是缺点.本文就对其缺点展开研究.
1太阳风暴的形成
太阳只是一颗非常普通的恒星，在广袤浩瀚的繁星世界里，太阳的亮度、大小和物质密度都处于中等水平.只是因为它离地球最近，所以看上去是天空中最大最亮的天体.其它恒星离我们都非常遥远，即使是最近的恒星，也比太阳远27万倍，看上去只是一个闪烁的光点.组成太阳的物质大多是些普通的气体，其中氢约占71.3%，氦约占27%，其它元素占约1.7%.如果把太阳从里向外划分为六层，依次为：日核，辐射区，对流层，光球，色球，日冕.日核r为太阳R的14左右，它集中了太阳质量的大部分，并且是太阳99%以上的能量的发生地.其温度极高，达1500万℃，压力也极大，使得由氢聚变为氦的热核反应得以发生，从而释放出极大的能量.这些能量再通过辐射层和对流层中物质的传递，才得以传送到达太阳光球的底部，并通过光球向外辐射出去，太阳的可见光全部是由光球面发出的.光球外是色球，它的颜色是偏红的，周围还可以拍到一些它喷射的火焰，这个叫日珥.在色球层的光亮喷发是太阳耀斑，又叫色球爆发.它是太阳活动中最为剧烈的现象之一，一个大的耀斑可发射高达1025J的能量，相当于全世界每个人“挨”一颗氢弹，或者是1000万座火山同时喷发的能量.再外面一层叫做日冕，日全食的时候，月亮把太阳挡住了，周围还有一圈非常漂亮发白颜色的光，这个叫日冕.这个日冕可大可小，跟太阳的活动有关系.若用X射线或远紫外线对日冕拍照，可以观察到在日冕中存在着大片的长条形的或是不规则形的暗黑区域，通过人造卫星和宇宙空间探测器拍摄的照片，发现在日冕上长期存在着一些黑暗区域，这里的X射线强度比其他区域要低得多，从表观上看就像日冕上的一些洞，我们形象的称之为冕洞.冕洞是太阳磁场的开放区域，这里的磁力线向宇宙空间延伸，大量的等离子体顺着磁力线快速向外运动，其主要成分是氢粒子和氦粒子.有时会将上百亿吨的物质加速到300km/s～900km/s，最快可达2000km/s以上.这种高速运动的等离子体流也就是我们所说的太阳风，它至少可以吹遍整个太阳系.这些高能离子能够沿着磁力线侵入地球的极区，产生绚丽壮观的极光.同时也产生电离层骚扰(电离层暴).
通常，太阳耀斑、日珥爆发、日冕物质抛射等剧烈太阳活动被俗称为“太阳风暴”.太阳的磁能每年会达到高峰，而太阳黑子(由于太阳磁力线管与太阳表面相交，磁力线束缚使得管内的物质较周围温度为低，呈现出颜色较暗的黑点，称为太阳黑子.)的数量或耀斑每11年会达到最高值，这两种情况可能会在2013年同时发生.一旦出现就会形成超级太阳风暴.
2太阳风暴的有史记载
太阳作为一颗相对稳定的恒星，至少已有40亿年以上的历史.在如此漫长的时间里，到底发生过多少次剧烈的爆发活动无法详尽考证；但对银河系类似太阳恒星的观测表明，这种爆发肯定非常频繁，有时候规模还非常巨大，远远超过卡特里娜飓风的威力.
早在西汉的《淮南子》中曾记载“日中有骏乌”，观天象者所看到的“三足乌鸦”，又有《汉书·五行志》记载：“河平元年，三月己未，日出黄，有黑气，大如钱，居日中.”可以说是世界上最早的有关太阳黑子的记录.
在1859年9月，地球就曾经遭遇过一次“超级太阳风暴”的袭击.在1859年9月1日早晨，英国天文学家理查德·卡林顿用装着过滤器的望远镜观测太阳表面时，发现太阳表面喷射出了一道明亮的闪光.然而他不知道那团明亮的斑点是一团带着电荷的等离子云，它正朝着地球的方向疾速飞来.48小时后，也就是1859年9月3日，超级太阳风暴袭击了地球，强烈的地磁效应使得刚刚形成的电报网络陷入瘫痪，甚至出现了电报员触电、电报纸自燃的情况，那次热带地区的夜空都能看到极光，史称“卡林顿事件”.当时世界主要依靠蒸汽机和肌肉劳力运转，人们对高技术的依赖远不如今天，供电网络没有现在这么密集、规模没有这么大，天上也没有卫星.
在1899年，美国天文学家霍尔发明了一种“太阳摄谱仪”，能够用来观察太阳发出的某一种波长的光.这样，人们就能够靠太阳大气中发光的氢、钙元素等的光，拍摄到太阳的照片.结果查明，太阳的闪光和什么陨石毫不相干，那不过是炽热的氢的短暂爆炸而已.极光只是太阳风暴活动中比较“温柔”的表现，如果太阳风暴强度增加，那么就会对人类生产、生活产生影响.在太阳表面出现小型的闪光是十分普通的事情，特别在太阳黑子密集的部位，一天能观察到一百次之多，特别是当黑子在“生长”的过程中更是如此.像卡林顿所看到的那种巨大的闪光是很罕见的，一年只发生很少几次.
在1942年，德国经常派飞机去轰炸英国，可是每次英国都提前知道.这是因为英国掌握了雷达技术，可是突然有一天英国海岸警戒雷达失灵了，英国人就怀疑内部有德国间谍.实际上是太阳风暴给它破坏了，这也是又一次人类感受到太阳风暴的危害.到了70年代有一次太阳风暴导致大气活动加剧，增加了当时属于苏联的“礼炮”号空间站的飞行阻力，从而使其脱离了原来的轨道.
20世纪至今最强烈的太阳风暴出现在1989年3月，曾使加拿大魁北克省和美国新泽西州的供电系统受到破坏，停电9个小时，造成的损失超过10亿美元.即便如此，它的强度也只是1859年的14左右.2010年8月上旬，距地球1.49×108km之外的太阳耀斑等爆发，引发了一场太阳风暴，也在地球高纬度地区上演了一场瑰丽的极光之舞.
人类该如何未雨绸缪，从已经积累的太阳观测资料来看，人类对于太阳活动的长期变化和太阳短期内的活跃程度还是能够有效预测的.通过监测太阳的活动，可以像预报台风登陆一样，预测太阳风暴对地球的影响时间和力度.如果是耀斑活动，从太阳耀斑产生到地球上观测到耀斑活动，大约需要8分钟的时间.而太阳风暴中产生的高能粒子到达地球大概需要半个小时.另外，日冕抛射出的带电粒子到达地球的时间为数十小时.在这个时间间隔内，我们完全可以从引起耀斑的太阳磁场扭曲程度，大致判断出即将发生的太阳风暴的大小.如果是日冕物质抛射活动，那它一般需要半天至三四天才能到达地球进而影响地球磁场.从而采取主动的防御措施，暂停航天器发射和航天员的太空活动，让卫星处于收藏状态，对通信系统进行抗干扰加固，对磁高纬地区降低输电线电压或关闭电网，暂停跨越地球极区的航空服务等，躲开或减少太阳风暴对人类的危害.但预测能力仍然偏低，对剧烈太阳活动产生的物理机制还要作深入研究.现在还停留在依赖遥感方法间接测定太阳大气中的诸多物理参数，而这些参数只能定性描述太阳大气的物理状态，因而无法给出相对精确的太阳活动预报.
3太阳风暴对地球的影响
大家都知道太阳风暴在爆发时会释放大量带电粒子，形成的高速粒子流会对地球的空间环境产生巨大的冲击.严重时影响地球的空间环境，其电磁辐射直接影响地球向日面的大气层和电离层,会使电磁场发生变化，并影响通讯，特别是短波通讯.对于耀斑爆发喷射出的大量高能粒子，会严重危及宇宙飞行器内的宇航员和仪器的安全；日冕物质抛射，则会引起地球强烈的磁场变化，即磁暴，届时地表电网可能过热，航空运输可能中断，而电子设施、导航装置和卫星可能失去功能.大量的高能粒子流甚至会直接损坏各种电子元件或引起电磁干扰，使得电磁信号紊乱，导致运行错误或通信故障.一次太阳风的辐射量对一个人来说很容易达到多次的X线检查量.它还会引起人体免疫力的下降，很容易引起病变，也会使人情绪易波动，导致车祸增多.社会发达程度越高，太阳风暴造成的影响也就越大.“卡林顿事件”如果发生在当下，后果不堪设想.到目前为止，人类对太阳黑子数量较为完整的记录积累了23个周期.上一个太阳活动周期从1996年开始到2009年结束，持续了13年.现在太阳已经进入了新的活动周期，部分科学家预测第24个太阳活动周极大期出现在2013年，在这一年太阳黑子出现的数量为最多将达到峰值，从而太阳风暴发生的几率有所增大.至于会不会出现“超强太阳风暴”，仍然无法可靠地预报，它属于极低概率事件，即使发生了而不是面向地球，要根据所偏的角度再估算它对地球的影响，假如出现了最坏的结果，正好面向地球，其危害如何，还需要具体讨论和评估，也并非意味着世界末日来临.
虽然太阳风暴爆发时发生的紫外线和X-射线强度可以达到平静时的数十倍甚至数百倍，并抛射出大量的高能带电粒子，但地球是个完美的系统，其熔融核心、自转产生的隐形磁场，能够很好地屏蔽掉大部分高能带电粒子；而且地球稠密的大气层能够吸收大部分的紫外线和X射线，使我们免受辐射损伤.尽管太阳活动周期仅为11年，活动如此频繁，历史上却很少有其造成重大灾害的记载.当太阳风到达地球附近时，与地球的偶极磁场发生作用，并把地球磁场的磁力线吹得向后弯曲.但是地磁场的磁压阻滞了等离子体流的运动，使得太阳风不能侵入地球大气而绕过地磁场继续向前运动.于是形成一个空腔，地磁场就被包含在这个空腔里.此时的地磁场外形就像一个一头大一头小的蛋状物.显然地磁场把太阳风阻挡在地球之外.这好比人体的免疫系统，保护着人体健康.只有那些携带与地球磁场极性相反的日冕物质才会割断地球磁力线，撕裂地球磁层进入地球.给地球带来一系列破坏.干扰地球的磁场，使地球磁场的强度发生明显的变动；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，造成无线电通信中断；另外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.例如，1959年7月15日，人们观测到太阳突然喷发出一股巨大的火焰(它就是太阳风暴的风源).几天后，7月21日，也就是这股猛烈的太阳风吹袭到地球近空时，竟使地球的自转速度突然减慢了0.85ms，而这一天全球也发生多起地震；与此同时，地磁场也发生被称为“磁暴”的激烈扰动，环球通信突然中断，使一些靠指南针和无线电导航的飞机、船只一下子变成了“瞎子”和“聋子”…….
人类所依赖的高技术系统对太阳风暴很敏感，一旦发生特别剧烈的太阳风暴，除了卫星和GPS定位系统可能完全瘫痪，输电网也会变得非常脆弱和不稳定，甚至完全关闭；与供电息息相关的行业也将成为受害者：制冷设备停转，冷库里大量的食物和药品失去储藏条件而变质；水泵突然停止运转，社区的居民饮水成为难题.还可能导致交通瘫痪、金融业崩溃和公共设施乱套.现在地球上布满了有线和无线设施，但这些设施都难以经受太阳风暴袭击的考验.由于在太阳风暴期间，黑子不断燃烧、爆炸，释放出大量的紫外线会使地球上空的电离层浓度突然增加，吸收掉短波的能量，从而造成对短波无线电信号的干扰，手机也不能正常使用.几乎每次大的太阳风暴过后都会有卫星损坏的报告.而且，太阳风暴的剧烈辐射还会对宇航员的健康构成严重威胁.
4如何关注太阳风暴
太阳风暴的发现是20世纪空间探测的重要发现之一.经过40多年的研究，对太阳风暴的物理性质有了基本了解，但是至今人们仍然不清楚太阳风暴是怎样起源和怎样加速的，太阳风是怎样得到等离子体的供应及能量供应的，它是空间物理学领域中长期研究仍悬而未决的一大基本课题.
根据研究，科学家们预期太阳活动本该在2007年或2008年就逐渐进入高发期.但它一直非常平静，直到2010年8月1日才有了第一次较大的爆发.如果经常有小的太阳风暴，发生较大太阳风暴的几率反而比较小.最怕的就是能量很长时间得不到释放，突然一次释放就很可能是巨大的太阳风暴.太阳活动是有规律可循的，每隔11年左右就会进入一次太阳活动高峰期，这时太阳会向外抛出很多物质，就像“打喷嚏”一样，这让离它1.5亿万公里的地球也会“感冒”.在上一周期的2003年11月4日爆发了X28级(按太阳耀斑爆发的X射线的强度大小，太阳耀斑爆发从小到大可分为A、B、C、M、X五级)太阳耀斑.由于不是面对地球喷发，人类幸运地逃过一劫.而在第24个太阳活动周，太阳一直处于'沉睡'状态.何时苏醒的重担也就落在了为人们保驾护航的科学家身上.太阳系是一个很大的系统，中间涉及到的物理过程覆盖了很大的时间和空间尺度，需要利用超级计算机进行多尺度的等离子体数值模拟，结合卫星以及地面的实地和成像观测，理论分析等，才能逐步将这个问题比较彻底地理解清楚，进而为人类利用空间提供支持，这也是空间天气研究的主要目标.依据现有的科学水平，科学家要准确预报太阳风暴发生的时间和强度是非常困难的事情.太阳活动预报尤其是剧烈太阳活动预报依然是空间天气预报中最困难的部分，预报在2013年太阳苏醒爆发超强的太阳风暴，也只是部分科学家的共识，而且概率很低.
大家应该对不同级别的太阳风暴都给予一定的关注，最新研究表明，地球磁场在太阳风暴面前就像是一间容易“漏风”的房子，其“漏洞”会持续“透风”长达数小时，为来自太阳的带电粒子进入地球大气层、扰乱通信和电力系统等提供可乘之机.太阳上不时会刮出由带电粒子构成的太阳风.风大了我们就称太阳风暴，如果太阳活动变得剧烈，太阳风也会跟着狂暴起来.地球自身有一个绵延至太空中数万公里的磁场，能够构成抵御太阳风的保护性屏障.不过，这道屏障并非没有破绽.当太阳风所包含的磁场朝向在局部上与地球磁场朝向相反时，两个磁场的“磁重联”过程会导致地球磁场保护屏障产生缝隙，使太阳风的带电粒子得以乘虚而入.这种缝隙会长达数小时处于敞开状态，在距地球表面约6万公里的地球磁场屏障边界上，缝隙面积有时可能达到了地球面积的两倍，而地球磁场又形如漏斗，尖端对着地球的南北两个磁极，这样会使带电粒子沿着地磁场这个“漏斗”沉降，进入地球的两极地区.两极的高层大气，受到太阳风的轰击后会发出光芒，形成极光.
太阳风对地球的影响，只是乘虚而入的漏网分子所为.由此可见，在无所阻拦的星际空间，太阳风的威力有多大了.在太阳风和外面的星际物质交汇的地方，会产生冲击波.1977年发射的“旅行者一号”探测器据说在2003年的时候碰上了这种冲击波.那个冲击波距离太阳大约
1.28×1010km～1.8×1010km.使彗星产生尾巴的也正是太阳风.彗星在靠近太阳时，星体周围的尘埃和气体会被太阳风吹到后面去.这一效应也在人造卫星上得到了证实.像“回声一号”那样又大又轻的卫星，就会被太阳风显著吹离事先计算好的轨道.
从理论上讲，一般的太阳风暴强度还不至于冲破地球大气和磁场的保护，对地球上的现存物种构成致命威胁.但太阳有时活动异常，其辐射只要改变0.1%～0.2%，就可能造成地球气候的很大改变.太阳周异常行为不像一次超强太阳风暴的短暂影响，而是长期潜在的对气候异常、全球变化的影响，也要加以防范和思考.