預報進展——像預報下雨一樣預報太陽風暴？

“如果能提前——哪怕是一個小時——預報太陽風暴的到來并加以警告，人類受太陽風暴影響而造成的損害就能降低到盡可能低的程度。”科學家們如是說，“現在預報下雨已經很準了，可對太陽風暴的預報，還在初級階段，這好比40年前預報下雨。”

但是，研究人員在24小時預報太陽風暴爆發的工作上取得了很大的進展。

1．“磁繩”使得太陽風暴的預報成為可能

太陽風暴是漫游在廣袤太空中的“游俠”，平時很少光顧地球。但是，在太陽活動極大年中，太陽風暴襲擊地球的頻率是平常的幾倍，通常一星期就發生幾次。盡管其中大部分都悄悄消逝在空中，不會產生什么重大影響，但如果發生大能量的沖擊，很可能造成比1989年魁北克事件更具破壞力的后果。

正因為如此，天體物理學家們比往常更緊張地工作著。他們通過巨型天文望遠鏡和探測衛星，從每一個可能出現太陽風暴的角度觀測著無垠的太空，時刻警惕著這些可能到來的“入侵者”。

20多年前，科學家們提出了“磁繩”的概念和理論。

太陽大部分的磁力線弧形分布，弧的兩端根植在太陽表面，以這種方式分布的磁力線不但難以爆發，而且很可能起著阻止爆發的作用。但是，“磁繩”內的磁場不同，它們相互纏繞，大部分已脫離了根部，所以容易離開太陽表面。“磁繩”不斷上升，會到達一個臨界點，然后突然爆發。這就好比火山爆發前，火山口會向上隆起，一旦突破阻力后，巖漿就會猛力加速而爆發。

“磁繩”已經在科學界流傳很久了，這么多年來，科學家們一直在爭論，卻苦于沒有確切的觀測證據。“磁繩”演化速度極快，存在時間極短，所以，證實其存在非常困難。

不久前，美國航天局發射了名為“太陽動力學天文臺”的觀測器，其攜帶的大氣綜合成像儀每隔10秒24小時不間斷地對太陽拍一次照。利用這種高速拍攝儀器，我國一位副教授捕捉到了太陽活動區中的“磁繩”。也許這一結果將會使得太陽風暴的預報成為可能。

2．太陽風激發壯觀極光

地球磁層磁力線攜帶太陽風的能量進入地球內部，進而驅動了地磁場的形成。在這磁層磁力線閉合環路上，除了有地球內部的導電體之外，還有大氣層的電離層這一弱導電體。當太陽風強烈時，磁力線能量遇到地球內部的磁感抗，有許多能量消耗不掉，于是就在電離層處形成了極光。

在地球上，極光是磁極地區上空的彩色發光現象，一般呈帶狀、弧狀、幕狀或放射狀。這些形狀有時穩定有時作連續性變化。它們有著五顏六色的光輝，像飄舞的彩帶，又像萬里長虹。在大約離磁極25°～30°的范圍內常會出現極光，這個區域稱為極光區或者極光橢圓帶。

極光具有和太陽自轉有關的27天周期變化，以及和太陽活動有關的11年周期變化。太陽活動年期間，極光區向赤道方向移動；太陽平靜年份極光則向南北極移動，另外極光還隨季節和晝夜起伏變化。

極光離地面80～400千米，有的高達1000千米，范圍最寬有1000千米。北極光帶以北磁極為中心，大體呈卵形分布。如果用類似等壓線物質連接，則稱為極光等頻線。該線最高值大體經過阿拉斯加中北部、加拿大北部、格陵蘭島、冰島、斯堪的納維亞半島北部、新地島、新西伯利亞群島。每年可以見到極光的機會240多天。南極光帶大致圍繞南極大陸海岸分布。

我國黑龍江北部大體上一年有一次機會見到極光，新疆北部、內蒙古北部、黑龍江南部、吉林北部大約10年一次機會。由于地磁極的變化，古代北磁極曾經靠近我國。歷史上的北京、西安、洛陽、開封等地也見到過極光，并留下了記載，是具有科研價值的珍貴資料。

司馬遷在《史記·天官書》中記錄了極光現象及形狀：“燭光”，像火炬的極光；“卿云”，似云非云，若煙非煙，是不定形彌散狀極光；“天開”，是暗色天幕中突顯的光帶；等等。

《太平御覽》中記載：“夜有黃白光，十馀丈，明照地。或曰‘天裂’，或曰‘天劍’。”《漢書》中有“天開東北，廣十馀丈，長二十馀丈”，這指的是漢惠帝二年（公元前193年）出現的極光。

我國古籍中，有關極光的記錄有170多條。

番外：太陽科技名詞解釋

本章附錄一些關于太陽的名詞解釋和專業術語，以便你更好地閱讀回顧這一章的內容。

結構

在茫茫宇宙中，太陽只是一顆非常普通的恒星，在廣袤浩瀚的繁星世界里，太陽的亮度、大小和物質密度都處于中等水平。只是因為它離地球較近，所以看上去是天空中最大最亮的天體。其它恒星離我們都非常遙遠，即使是最近的恒星，也比太陽遠27萬倍，所以看上去只是一個閃爍的光點。

組成太陽的物質大多是些普通的氣體，其中氫約占71.3%、氦約占27%，其它元素占2%。太陽從中心向外可分為核反應區、輻射區、對流區和太陽大氣。

太陽的大氣層，像地球的大氣層一樣，可按不同的高度和不同的性質分成各個圈層，即從內向外分為光球、色球和日冕三層。我們平常看到的太陽表面，是太陽大氣的最底層，溫度約是6000開。它是不透明的，因此我們不能直接看見太陽內部的結構。

內部構造

太陽的內部主要可以分為三層：核心區、輻射區和對流區。

太陽的核心區域半徑是太陽半徑的1/4，約為整個太陽質量的一半以上。太陽核心的溫度極高，達到1500萬攝氏度，壓力也極大，這使得由氫聚變為氦的熱核反應得以發生，從而釋放出極大的能量。這些能量通過輻射層和對流層中物質的傳遞，才得以傳送到達太陽光球的底部，并通過光球向外輻射出去。太陽核心區的物質密度非常高，每立方厘米可達160克。太陽在自身強大重力吸引下，核心區處于高密度、高溫和高壓狀態，這是太陽巨大能量的發祥地。

太陽核心區產生的能量傳遞主要靠輻射形式。太陽核心區之外就是輻射層，輻射層的范圍是從熱核中心區頂部的0.25個太陽半徑向外到0.71個太陽半徑，這里的溫度、密度和壓力都是從內向外遞減。從體積來說，輻射層占整個太陽體積的絕大部分。太陽內部能量向外傳播除輻射，還有對流過程。從太陽0.71個太陽半徑向外到達太陽大氣層的底部，這一區間叫對流層。這一層氣體性質變化很大，很不穩定，會形成明顯的上下對流運動。這是太陽內部結構的最外層。

光球

太陽光球就是我們平常所看到的太陽圓面，通常我們所說的太陽半徑是指光球的半徑。光球層位于對流層之外，屬太陽大氣層中的最低層或最里層。光球的表面是氣態的，其平均密度只有水的幾億分之一，但由于它的厚度達500千米，所以光球是不透明的。光球層的大氣中存在著激烈的活動，用望遠鏡我們可以看到光球表面有許多密密麻麻的斑點狀結構，很像一顆顆米粒，這被稱之為米粒組織。它們極不穩定，一般持續時間僅為5～10分鐘，其溫度要比光球的平均溫度高出300℃～400℃。科學家目前認為這種米粒組織是光球下面氣體的劇烈對流造成的現象。

光球表面另一種著名的活動現象便是太陽黑子。黑子是光球層上的巨大氣流旋渦，大多呈現近橢圓形，在明亮的光球背景反襯下顯得比較暗黑，但實際上它們的溫度高達4000℃左右。倘若能把黑子單獨取出，一個大黑子便可以發出相當于滿月的光芒。黑子出現的情況不斷變化，反映了太陽輻射能量的變化。太陽黑子的變化存在復雜的周期現象，平均活動周期為11.2年。

色球

緊貼光球之上的一層大氣稱為色球層，平時不易被觀測到，過去這一區域只是在日全食時才能被看到。當月亮遮掩了光球明亮光輝的一瞬間，人們能發現日輪邊緣上有一層玫瑰紅的絢麗光彩，那就是色球。色球層厚約8000千米，它的化學組成與光球基本上相同，但色球層內的物質密度和壓力要比光球低得多。日常生活中，離熱源越遠溫度越低，而太陽大氣的情況卻截然相反，光球頂部接近色球處的溫度差不多是4300℃，到了色球頂部溫度竟高達幾萬度，再往上，到了日冕區溫度陡然升至上百萬度。人們對這種反常增溫現象感到疑惑不解，至今也沒有找到確切的答案。

在色球上人們還能夠看到許多騰起的火焰，這就是天文上所謂的“日珥”。日珥是迅速變化著的活動現象，一次完整的日珥過程一般為幾十分鐘。日珥的形狀可說是千姿百態，有的如浮云煙霧，有的似飛瀑噴泉，有的似一彎拱橋，也有的酷似團團草叢，真是不勝枚舉。天文學家根據形態變化規模的大小和變化速度的快慢，將日珥分成寧靜日珥、活動日珥和爆發日珥三大類，最為壯觀的要屬爆發日珥。本來寧靜或活動的日珥，有時會突然“怒火沖天”，把氣體物質拼命往上拋射，然后回轉著返回太陽表面，形成一個環狀，所以其又稱為環狀日珥。

日冕

日冕是太陽大氣的最外層。日冕中的物質也是等離子體，它的密度比色球層更低，而它的溫度反比色球層高，可達上百萬攝氏度。在日全食時我們在日面周圍看到放射狀的非常明亮的銀白色光芒即是日冕。日冕的范圍在色球之上，一直延伸到好幾個太陽半徑的地方。日冕還會有向外膨脹運動，并能使冷電離氣體粒子連續地從太陽向外流出，從而形成太陽風。

太陽黑子

通過一般的光學望遠鏡觀測太陽，觀測到的是光球層的活動。在光球上我們常常可以看到很多黑色斑點，它們叫做“太陽黑子”。太陽黑子在日面上的大小、多少、位置和形態等，每天都不同。太陽黑子是光球層物質劇烈運動而形成的局部強磁場區域，是光球層活動的重要標志。長期觀測太陽黑子有人發現，有的年份黑子多，有的年份黑子少，有時甚至幾天、幾十天日面上都沒有黑子。

天文學家們早就注意到，太陽黑子從最多或最少的年份到下一次最多或最少的年份，大約相隔11年。也就是說，太陽黑子有平均11年的活動周期，這也是整個太陽的活動周期。天文學家把太陽黑子最多的年份稱之為“太陽活動高峰年”，把太陽黑子最少的年份稱之為“太陽活動低峰年”。

太陽耀斑

太陽耀斑是一種最劇烈的太陽活動，一般被認為發生在色球層中，所以也叫“色球爆發”。其主要觀測特征是，日面上（常在黑子群上空）突然出現迅速發展的亮斑閃耀，其壽命僅在幾分鐘到幾十分鐘之間。其亮度上升迅速，下降較慢。特別是在太陽活動高峰年，耀斑出現頻繁且強度變強。

別看它只是一個亮點，一旦出現，簡直是一次驚天動地的大爆發。這時其增亮釋放的太陽耀斑能量相當于10萬至100萬次強火山爆發的總能量，或相當于上百億枚百噸級氫彈的爆炸；而一次較大的耀斑爆發，在一二十分鐘內可釋放10的25次冪焦耳的巨大能量。

除了日面局部突然增亮的現象外，耀斑主要表現在從射電波段直到X射線的輻射通量突然增強。耀斑所發射的輻射種類繁多，除可見光外，有紫外線、X射線和伽瑪射線、紅外線和射電輻射，還有沖擊波和高能粒子流，甚至有能量特高的宇宙射線。

耀斑對地球空間環境造成很大影響。太陽色球層中的一聲爆炸，能讓地球大氣層即刻出現繚繞“余音”。耀斑爆發時，大量的高能粒子到達地球軌道附近時，將會嚴重危及宇宙飛行器內的宇航員和儀器的安全。當耀斑輻射來到地球附近時，會與大氣分子發生劇烈碰撞，破壞電離層，使它失去反射無線電電波的功能。無線電通信尤其是短波通信，以及電視臺、電臺廣播，會受到干擾甚至中斷。耀斑發射的高能帶電粒子流會與地球高層大氣作用，產生極光，并干擾地球磁場而引起磁暴。

此外，耀斑對氣象和水文等方面也有著不同程度的直接或間接影響。正因為如此，人們對耀斑爆發的探測和預報的關切程度與日俱增，正在努力揭開耀斑的奧秘。

光斑（譜斑）

光斑是太陽光球層上比周圍更明亮的斑狀組織。用天文望遠鏡對它觀測時，常常可以發現：在光球層的表面有的明亮有的深暗。這種明暗斑點是由于溫度高低不同而形成的，比較深暗的斑點叫做“太陽黑子”，比較明亮的斑點叫做“光斑”。光斑常在太陽表面的邊緣“表演”，卻很少在太陽表面的核心區露面。因為太陽表面核心區的輻射屬于光球層的較深氣層，而邊緣的光主要來源于光球層較高部位，所以，光斑比太陽表面高些，可以算得上是光球層上的“高原”。

光斑也是太陽上的一種強烈風暴，天文學家把它戲稱為“高原風暴”。不過，與烏云翻滾、大雨滂沱、狂風卷地百草折的地面風暴相比，“高原風暴”的性格要溫和得多。光斑的亮度只比寧靜光球層略強一些，一般只大10%，溫度比寧靜光球層高300℃。許多光斑與太陽黑子還結下不解之緣，常常環繞在太陽黑子周圍“表演”。少部分光斑與太陽黑子無關，活躍在70°高緯區域，面積比較小。光斑平均壽命約為15天，較大的光斑壽命可達三個月。

光斑不僅出現在光球層上，色球層上也有它活動的場所。當它在色球層上“表演”時，活動的位置與在光球層上露面時大致吻合。不過，出現在色球層上的不叫“光斑”，而叫“譜斑”。實際上，光斑與譜斑是同一個整體，只是它們的“住所”高度不同而已，這就好比是一幢樓房，光斑住在樓下，譜斑住在樓上。

米粒組織

米粒組織是太陽光球層上的一種日面結構，呈多角形小顆粒形狀，得用天文望遠鏡才能觀測到。米粒組織的溫度比米粒間區域的溫度約高300℃，因此，顯得比較明亮易見。雖說它們是小顆粒，實際的直徑也有1000～2000公里。

明亮的米粒組織很可能是從對流層上升到光球的熱氣團，它不隨時間變化且均勻分布，會呈現激烈的起伏運動。米粒組織上升到一定的高度時，很快就會變冷，并馬上沿著上升熱氣流之間的空隙處下降。米粒組織的壽命也非常短暫，來去匆匆，從產生到消失，幾乎比地球大氣層中的煙消云散還要快，平均壽命只有幾分鐘。近年來發現的超米粒組織，其尺度達3萬公里左右，壽命約為20小時。

有趣的是，在老的米粒組織消逝的同時，新的米粒組織會在原來位置上很快地出現，這種連續現象就像我們日常所見到的沸騰米粥中不斷上下翻騰的熱氣泡。