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太陽耀斑和日冕物質拋射會帶來哪些影響?中國正準備「探日」

2024-10-02科學

近年來,中國航天都有大動作,例如我們已經從月球上取回了月壤,也發射了「天問一號」火星探測車到火星探測,同時空間站專案也進行得如火如荼。中國航天當然不會停止於這些專案,還會對太陽進行探測,首先主要探測的就是太陽耀斑和日冕物質拋射,那麽這兩種現象到底會對我們的生活帶來什麽改變呢?

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我們都知道太陽是一個非常巨大的火球,那麽這個與太陽耀斑和以免物質拋射有什麽聯系呢?首先我們先來了解一下太陽耀班。

就是因為太陽的溫度非常高,就算是到了太陽的表面,大約也有5500℃,如此高的溫度,很容易就會使一些氣體電離。其實太陽主要也是以一些氣態的物質存在,只不過由於它的質素非常大,擁有足夠的重力將這些氣態的物質束縛在一起,也就是重力約束,才使得太陽會形成一個巨大的火球。

然而這些氣體電離之後,也就成為了等離子體,它們仍然會流動的。這些流動的等離子體周圍就會形成磁場,由於這些等離子體足夠多,而且太陽的旋轉也會使這些等離子體會按照一定的方向跟著旋轉,這樣會產生的是一個非常強大的磁場。

但只要太陽變得越來越熱,它表面上的物質就會向外膨脹,也是擁有脫離重力束縛的趨勢,但由於太陽周圍存在著強磁場,這些等離子體就會在強磁場的作用下改變方向,以至於這些物質積累在太陽表面越來越多,它們的密度也變得越來越大。

雖然強磁場可以使這些等離子體束縛在太陽的表面,但凡事都會有一個度,當超過這個度的時候,這些物質也會積累非常巨大的能量,然後就會沖破太陽強磁場的束縛,這就產生了太陽耀斑。

太陽耀斑的光譜非常復雜,幾乎包含了整個光譜的射線,其中當然也會含有大量的X射線和Gamma射線,這些都是屬於高能射線,對於人類來說都是非常危險的,幸好我們的地球上擁有一層厚厚的大氣層,就會把這些大量有害的射線都吸收,才使得地面的環境比較適合生物的生存。

如果是在太空中,那就不一樣了。例如人造地球衛星,它們經常都是被發射到脫離大氣層,然後再為人類服務,這些衛星上面都擁有很多的金屬器件,在這些高能射線的撞擊之下,就會有自由電子從金屬裏面逃逸出來。這個其實比較容易理解,就是光電效應,20世紀著名的科學家愛因斯坦就是因為解釋了這一效應獲得了諾貝爾獎。

這些自由電子就有可能會短路電子元件,對衛星的效能造成影響;當然移動的電子也會產生磁場,這也會對衛星的效能不利的。其實有一些衛星是有抗輻射防護,但在這些高能射線的作用下,這些防護也無法將衛星完全保護起來,間接也就影響了地面上人類的生活。

另外,在一些高海拔地區,又或者正在坐飛機在高空飛行的人,由於他們所處在的大氣層密度相對於地面比較稀薄,就有可能會暴露在太陽耀斑輻射下的危險,短時間的照射就有可能會引起皮膚的紅腫過敏,要是照射的時間增強了,就有可能會患上皮膚癌,但只要癥狀不是很嚴重,一般恢復正常生活之後也能慢慢地痊愈。

至於要了解日冕物質拋射的影響,首先我們還是得來認識一下日冕。日冕指的就是太陽大氣的最外層,厚度可以達到幾百萬公裏以上,要知道地球的半徑也就只有6000多千米,以日冕的厚度比起來,真的連零頭都不夠。日冕的溫度非常高,甚至可以達到100萬℃。

日冕物質拋射,也就是指太陽的日冕層拋射出來的物質,拋射出這些物質並不容易,但如果真的出現了這種現象,通常就會有大量的物質從日冕層拋射出來。這些物質主要成分都是由電子和質子組成的等離子體,也有少量的重元素,更為關鍵的是通常都會伴有非常強大的日冕磁場。

日冕物質拋射通常都會與太陽耀斑一起產生,並且都能在地球的極圈中產生極光。日冕物質拋射給地球帶來的影響,最直接的就是改變地球磁場,使地球的磁場出現劇烈的變動,這樣就會使依靠地球磁場來辨認方向的動物出現方向混亂,指南針的指向也會變得混亂不定。

日冕物質拋射通常都會引起地磁風暴,人類有史以來記錄的最強地磁風暴,是發生在1859年9月的卡林頓事件,地球的磁場出現了異常,也摧毀了部份美國新建立的電報網,並且引發了火災。其實在1989年3月,簡歷又面臨了一場新的地磁風暴,只不過這一次並沒有卡林頓事件那麽強。

地磁風暴通常都會對人類的通訊造成巨大的影響,尚且在19世紀的卡林頓事件也對人類的通訊造成了部份破壞,如果是發生在21世紀的今天,人類對於無線電通訊依賴的程度將會變得越來越高,這些地磁風暴給人類所帶來的損失就更加難以估算了。

所以了解太陽耀斑和日冕物質拋射,對於這些現象給人類帶來的影響也非常重要。因此中國也準備發射首顆探測太陽衛星,主要的目的就是為了觀測太陽變化活動,最為關鍵的就是太陽耀斑和日冕物質拋射等等自然現象。

中國的這顆衛星全名是叫做「先進天基太陽天文台」,英文縮寫為ASO-S,但這個衛星預計會在距離地面720公裏的軌域執行,你沒有看錯,這個還是環繞地球的衛星,而不是環繞太陽的衛星,而且這個距離離太陽還有很遠,要想觀測太陽耀斑和日冕物質拋射等自然現象已經足夠了。

其實,美國太空總署在2018年的「帕克」探日衛星是靠近太陽比較近的距離進行探測,甚至就近的時候靠近了一個近日點,美國的這一次探日活動並不是為了研究,而是為了觀測太陽周邊宇宙環境的具體參數,這種活動其實與美國經常派一些潛水器到其他國家的海域附近探測水文參數有點類似。

既然美國也有相關的探日活動,很容易就會使人們將中美兩國的探日活動進行對比。由於太陽周邊的溫度非常高,一般的探測器材根本就無法承受如此高的溫度,所以探測的條件相對也會高很多,而美國人的解決辦法就是設定了一層隔熱層防護,但這樣一來對於觀測太陽附近的環境參數就不是那麽準確了,所以我認為這兩種探日活動根本就沒有可比性。

由於中國的探日活動與美國的有著根本的區別,所以中國的探測器根本就沒有必要離太陽很近,只要可以正常的進行探日活動就行了。

而且中國對於太陽的探測活動正處在起步階段,按照中國航天員穩打穩紮的態度,也是先從最基礎而且與人類生活息息相關的自然現象入手,也許在這些研究的基礎之上,就可以做更深一步的研究,到時候發射距離太陽更近的探測器也是有可能的。

綜上所述,太陽耀斑和日冕物質拋射,這兩種自然現象對於人類的生活擁有很大的影響,所以中國準備探日的時候,就先從這些與人類生活息息相關的自然現象著手,這其實也是一種比較謹慎的態度,期待中國會有更大的發現。你是怎麽看的呢?