太阳风暴是怎么形成的？？

什么是太阳风暴

【简介】 　　太阳风[1]是从恒星上层大气射出的超声速等离子体（带电粒子）流。在不是太阳的情况下，这种带电粒子流也常称为“恒星风”。太阳风是一种连续存在，来自太阳并以200-800km/s的速度运动的等离子体流。 这种物质虽然与地球上的空气不同，不是由气体的分子组成，而是由更简单的比原子还小一个层次的基本粒子——质子和电子等组成，但它们流动时所产生的效应与空气流动十分相似，所以称它为太阳风。当然，太阳风的密度与地球上的风的密度相比，是非常非常稀薄而微不足道的，一般情况下，在地球附近的行星际空间中，每立方厘米有几个到几十个粒子。 而地球上风的密度则为每立方厘米有2687亿亿个分子。太阳风...全部

  【简介】 　　太阳风[1]是从恒星上层大气射出的超声速等离子体（带电粒子）流。在不是太阳的情况下，这种带电粒子流也常称为“恒星风”。太阳风是一种连续存在，来自太阳并以200-800km/s的速度运动的等离子体流。
  这种物质虽然与地球上的空气不同，不是由气体的分子组成，而是由更简单的比原子还小一个层次的基本粒子——质子和电子等组成，但它们流动时所产生的效应与空气流动十分相似，所以称它为太阳风。当然，太阳风的密度与地球上的风的密度相比，是非常非常稀薄而微不足道的，一般情况下，在地球附近的行星际空间中，每立方厘米有几个到几十个粒子。
  而地球上风的密度则为每立方厘米有2687亿亿个分子。太阳风虽然十分稀薄，但它刮起来的猛烈劲，却远远胜过地球上的风。在地球上，12级台风的风速是每秒32。5米以上，而太阳风的风速，在地球附近却经常保持在每秒350～ 450千米，是地球风速的上万倍，最猛烈时可达每秒800千米以上。
  太阳风从太阳大气最外层的日冕，向空间持续抛射出来的物质粒子流。这种粒子流是从冕洞中喷射出来的，其主要成分是氢粒子和氦粒子。太阳风有两种：一种持续不断地辐射出来，速度较小，粒子含量也较少，被称为“持续太阳风”；另一种是在太阳活动时辐射出来，速度较大，粒子含量也较多，这种太阳风被称为“扰动太阳风”。
  扰动太阳风对地球的影响很大，当它抵达地球时，往往引起很大的磁暴与强烈的极光，同时也产生电离层骚扰。太阳风的存在，给我们研究太阳以及太阳与地球的关系提供了方便。 [编辑本段]【形成原因】 　　为了能够清楚的表述太阳风是怎样形成的，需要先了解太阳大气的分层情况。
   　　一般情况下，我们把太阳大气分为六层，由内往外依次命名为：日核，辐射区，对流层，光球，色球，日冕。日核的半径占太阳半径的四分之一左右，它集中了太阳质量的大部分，并且是太阳百分之九十九以上的能量的发生地。
  光球是我们平常所见的明亮的太阳圆面，太阳的可见光全部是由光球面发出的。 　　而日冕位于太阳的最外层，属于太阳的外层大气。太阳风就是在这里形成并发射出去的。 　　用X射线或远紫外线拍下的日冕照片上可以观察到在日冕中存在着大片的长条形的或是不规则行的暗黑区域，通过人造卫星和宇宙空间探测器拍摄的照片，我们可以发现在日冕上长期存在着这些长条形的大尺度的黑暗区域，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扩散，大量的等离子体顺着磁力线跑出去，形成高速运动的粒子流。粒子流在冕洞底部速度为每秒16km左右，当到达地球轨道附近时，速度可达每秒300~400km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。 　　太阳风从冕洞喷发而出后，夹带着被裹挟在其中的太阳磁场向四周迅速吹散。现在我们肯定，太阳风至少可以吹遍整个太阳系。 　　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。 　　但是，当太阳出现突发性的剧烈活动时，情况会有所变化。
  此时太阳风中的高能离子会增多，这些高能离子能够沿着磁力线侵入地球的极区；并在地球两极的上层大气中放电，产生绚丽壮观的极光。 　　1850年，一位名叫卡林顿的英国天文学家在观察太阳黑子时，发现在太阳表面上出现了一道小小的闪光，它持续了约5分钟。
  卡林顿认为自己碰巧看到一颗大陨石落在太阳上。 [编辑本段]【观测简史】 　　到了20世纪20年代，由于有了更精致的研究太阳的仪器。人们发现这种“太阳光”是普通的事情，它的出现往往与太阳黑子有关。
  例如，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。
   　　小型的闪光是十分普通的事情，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。 　　有时候，闪光正好发生在太阳表面的中心，这样，它爆发的方向正冲着地球。
  在这样的爆发过后，地球上会一再出现奇怪的事情。一连几天，极光都会很强烈，有时甚至在温带地区都能看到。罗盘的指针也会不安分起来，发狂似地摆动，因此这种效应有时被称为“磁暴”。 随着科技的进步，极光的奥秘也越来越为我们所知，原来，这美丽的景色是太阳与大气层合作表演出来的作品。
  在太阳创造的诸如光和热等形式的能量中，有一种能量被称为"太阳风"。太阳风是太阳喷射出的带电粒子，是一束可以覆盖地球的强大的带电亚原子颗粒流。太阳风在地球上空环绕地球流动，以大约每秒400公里的速度撞击地球磁场。
  地球磁场形如漏斗，尖端对着地球的南北两个磁极，因此太阳发出的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。在南极地区形成的叫南极光。
  在北极地区形成的叫北极光。 　　在本世纪之前，这类情况对人类并没有发生什么影响。但是，到了20世纪，人们发现，磁暴会影响无线电接收，各种电子设备也会受到影响。由于人类越来越依赖于这些设备，磁暴也就变得越来越事关重大了。
  比如说，在磁暴期内，无线电和电视传播会中断，雷达也不能工作。 　　天文学家更加仔细地研究了太阳的闪光，发现在这些爆发中显然有炽热的氢被抛得远远的，其中有一些会克服太阳的巨大引力射入空间。氢的原子核就是质子，因此太阳的周围有一层质子云（还有少量复杂原子核）。
  1958年，美国物理学家帕克把这种向外涌的质子云叫做“太阳风”。 　　向地球方向涌来的质子在抵达地球时，大部分会被地球自身的磁场推开。不过还是有一些会进入大气层，从而引起极光和各种电现象。
  向地球方向射来的强大质子云的一次特大爆发，会产生可以称为“太阳风暴”的现象，这时，磁暴效应就会出现。 　　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。 [编辑本段]【相关影响】 　　太阳风虽然猛烈，却不会吹袭到地球上来。这是因为地球有着自己的保护伞——地球磁场。
  地磁场把太阳风阻挡在地球之外。然而百密一疏，仍然会有少数漏网分子闯进来，尽管 它们仅是一小撮；但还是会给地球带来一系列破坏。它会干扰地球的磁场，使地球磁场的强度发生明显的变动；它还会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，造成我们的无线电通信中断；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0．85毫秒，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”……。
   　　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128亿千米~180亿千米。 　　太阳风对人类的影响： 　　1。当太阳风掠过地球时，会使电磁场发生变化，引起地磁暴、电离层暴，并影响通讯，特别是短波通讯。 　　2。
  对地面的电力网、管道和其它大型结构发送强大原电荷，影响输电、输油、输气管线系统的安全。 　　3。对运行的卫星也会产生影响。 　　4。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。
  他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，甚至车祸增多 　　5。会使气温增高。 [编辑本段]【科学研究】 　　一间窗户被风刮开的房子，虽然总体上能抵御猛烈风暴的袭击，但破窗而入的狂风会将屋里刮得一团糟。
  最新研究表明，地球磁场在太阳风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。 　　在最新一期英国《自然》杂志上，美国加利福尼亚大学伯克利分校的研究人员公布了这一研究结果。
  研究人员说，新结果有助于更好地预测太阳风暴等恶劣“太空天气”可能给地球造成的影响。 　　太阳上不时会刮出由带电粒子构成的太阳风。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。早在1961年，英国帝国理工学院的邓恩盖博士就曾预测，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。
  其他科学家后来证实了缝隙的存在，但地球磁场的这种缝隙是时开时合，还是会长时间保持洞开，科学家们一直不清楚。 　　加利福尼亚大学伯克利分校的弗雷介绍说，他和同事借助美国宇航局的IMAGE探测器和欧美合作的“星团”计划所属卫星的观测数据，首次发现地球磁场缝隙会长达数小时处于敞开状态。
  据他们测算，在距地球表面约6万公里的地球磁场屏障边界上，缝隙面积可能达到了地球面积的两倍，由此进入的太阳风最终在北极上方电离层中产生相当于美国加利福尼亚州大小的质子极光。 [编辑本段]【科学意义】 　　太阳风的发现是20世纪空间探测的重要发现之一。
  经过近40年的研究，对太阳风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的供应的问题是空间物理学领域中经长期研究仍悬而未决的一大基本课题。
   [编辑本段]【其他相关】 　　2012年9月22日午夜，美国纽约曼哈顿区上空将布满了一道五彩斑斓的光幕。在像纽约这样的南部地区，很少有人能够看到这种极其迷人的极光现象。不过，人们欣赏美景的心情不会持续太久。
  几秒钟后，该地区所有电灯泡开始变暗并闪烁不定，接着光线在瞬间突然增强，灯泡变得异常明亮。随后，所有电灯全部熄灭。90秒以后，整个美国东部地区都将停电。一年后，数以百万计的美国人开始死亡，国家基础设施将变成一堆废墟。
  世界银行将宣布美国变成一个发展中国家。同时，欧洲、中国以及日本等地区或国家也都和美国一样，在这次灾难中苦苦挣扎。这次灾难来源于猛烈的太阳风暴，发生在距离我们1。5亿公里之外的太阳表面。 　　上述故事听起来或许有些荒谬，一般情况下太阳不会对地球造成如此巨大的灾难。
  不过，美国国家科学院在2009年1月发布的一份特别报告中声称，这种灾难完全有可能会发生。该研究报告由美国宇航局出资赞助。在过去几十年间，人类社会在发展的同时，也在为毁灭自己埋下了伏笔。现代的生活方式过度依赖各种科学技术，无意间让我们更多地暴露于一种超级危险之中。
  由太阳表面喷发出的等离子体可能会毁灭我们的电网，进而造成灾难性的后果。美国科学院特别报告起草人、科罗拉多大学太空气候专家丹尼尔-贝克尔认为，“我们现在距离这种可能性的灾难越来越近了。如果人类对将可能发生的太阳风暴准备不足，这种太空风暴就有可能会切断人类社会的电力供应、手机信号，甚至包括供水系统。
  ” 　　但也有专家表达了不同的看法，认为太阳风暴的影响主要集中在外太空，而由于地球磁场和大气层的阻挡效应，生活在地球上并不会因此受到过于明显的干扰。专家们表示，当太阳风暴活动活跃时，黑子不断燃烧、爆炸，期间释放的大量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。
  但日常生活中人们使用的手机，包括部分无线电都不通过电离层传播信号，因此一般的太阳风暴对地球表面的通信影响不会太大。理论上，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。
  但对于2012年的太阳风暴，专家担心可能成为一个例外。 　　可能给地球带来巨大灾难 　　美国科学家警告认为，2012年的强太阳风暴将给地球人类带来巨大的灾难，它的影响力将渗透到现代社会的每一个方面。
  在发出警告的专家看来，太阳风暴给地球的影响可能是“多米诺骨牌式的”。试想，当电网变得脆弱和不稳定，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。
  此外，由于卫星信号中断，GPS定位系统也会因此成为废物。事实上早在1859年就发生过类似事件，当时的太阳爆发竟然导致电报线烧毁。当然，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。
  王华宁研究员：“并非危言耸听”王华宁研究员：警惕2012年太阳风暴据国外媒体近日报道，美国国家科学院的专家报告指出，2012年太阳将进入新一轮活动高潮期。美科学家担心，人类对将可能发生的太阳风暴准备不足，而这种太空风暴有可能会切断人类社会的电力供应、手机信号，甚至包括供水系统，其影响将渗透到现代社会的每一个方面。
   本期关注：美专家警告2012年太阳风暴可能严重影响人类这两天国外媒体报道了这样一条消息：美国专家警告2012年太阳风暴可能严重影响人类。ABC新闻网站的标题是《是否一场“卡特里娜飓风式”的太阳风暴正在酝酿》；FOX的标题则是《强烈的太阳风暴可能让美国数月内陷于停顿》。
   那么，这一警告是危言耸听吗？毕竟曾经出现过不少所谓的“灾难大预言”，后来被证明是无稽之谈，让人们一笑而过。 并非危言耸听 不过，这一警告并非危言耸听，而是建立在科学研究基础之上的结论。 天体演化理论已经揭示，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。飓风仅仅是地球大气的剧烈运动，而太阳爆发包括强烈的电磁辐射、高能粒子流、大规模的日冕物质抛射，并在行星际空间触发规模巨大的激波。
  这些激波冲击地球磁场和大气，引发地磁暴、电离层暴等。 我们知道太阳每隔11年就会迎来一个爆发活动频繁期，类太阳恒星也有周期性活跃现象。此外，生命现象出现于太阳系的时间与太阳的寿命相比，可以认为是非常短暂的。
  而生命现象中演化出人类则可以认为是瞬间。也许太阳爆发活动是催生人类的重要自然因素之一，也不排除成为人类消亡的因素之一。原因是目前的太阳爆发活动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。
  但这并不意味着太阳爆发活动总是像现在这样“温和”。一旦太阳爆发能量超过地球磁场和大气的防护能力，必然引起地球附近空间环境发生强烈变化，这就要淘汰一些不适应这种变化的物种，催生能够适应这种变化的物种。
  因而在太阳和太阳系演化尺度上看，太阳风暴常有，而人类不常有。所以，我的说法也许比美国同行更“危言耸听”，新陈代谢不过是宇宙中的普遍规律。 但是需要强调的是，现在就对此感到恐慌完全没有必要，因为短时间来说，人类还不会面临如此严重的生存危机；我们的“危言耸听”也是站在一个很长的时间尺度上来说的。
   人类所依赖的高技术系统对太阳风暴很敏感 在这次的报道中，美国的专家指出，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；还可能导致“交通瘫痪、通信中断、金融业崩溃和公共设施乱套，水泵停转造成饮用水供应中断，缺乏制冷设备，食品和药物都难以有效保存”。
  报道还指出，早在1859年就发生过类似事件，当时的太阳爆发竟然导致电报线烧毁。而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强太阳风暴袭击的考验。 关于太阳风暴对人类造成危害的例子，以前媒体报道得更多的是针对人类航天活动方面的影响，但到底强烈的太阳风暴会不会对地面上的设施和人类产生严重、广泛的影响呢？ 这是一个很有趣的问题。
  但如果从人类社会发展的角度来看，也就不难回答了。当人类在地球上还是弱小物种的时候，受到自然灾害影响的机会也很少，主要是面临被其他物种消灭的危险。事实上，飓风、地震和海啸经常发生，为何现在会造成大量的人类死亡呢？原因是人类已经成为地球上唯一的优势物种，因而必然要承受自然灾害的考验。
  这一点也是考察恐龙灭绝原因的现实意义所在。 随着科学技术的发展，人类建立的高技术系统规模越来越大，对这些系统的依赖程度也越来越高。然而，这些系统对于周围环境的变化也越来越敏感，因而技术系统的灾害事件对人类社会影响的程度也会越来越大。
  目前来看，对于太阳爆发活动敏感的高技术系统主要有：航天、通信、导航、电网、输油管道等系统。另外，太阳活动在更深层次上通过调节地球上的地震、旱涝等自然灾害发生的频度和强度，全面影响人类社会。 人类该如何未雨绸缪 如果说人类已经预见到强太阳风暴可能带来的巨大危害，那么我们可以做些什么来减少损失呢？ 首先，我们需要提高的是对太阳活动的预报能力。
   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高低还是能够有效预测的。比如，我们能够预测下一个太阳活动高峰期在2012年左右，能够通过对太阳上的黑子、日珥、冕洞等各种观测现象判断未来数十小时内太阳活动水平的高低和预报太阳风暴产生的概率。
  这些预测能力对于航天器发射与飞行、航天员的太空活动、卫星载荷加固与防护、通信系统的抗干扰加固、电力系统防护等都有重要的帮助。 不过，实事求是地说，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。
  原因是我们还只能依赖遥感方法间接测定太阳大气中的诸多物理参数，这些间接测定的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。因此，未雨绸缪，我们首先要做的就是深入研究剧烈太阳活动产生的物理机制，提高预测能力。
   另外，人们还需要分析研究高技术系统在太阳风暴中的脆弱因素，提高技术系统抵御太阳风暴的能力。还要加强太阳风暴和空间天气灾害科普，提高全民的防灾意识。而要作好上述准备，需要加大对相关领域的科研、教育方面的投入。
   《科学时报》 (2009-1-16 A1 要闻) 更多阅读 美专家警告2012年太阳风暴可能严重影响人类 。收起