为什么在强烈的太阳风下地球没有毁灭?

为什么在强烈的太阳风下地球没有毁灭?
为什么在强烈的太阳风下地球没有毁灭?

为什么在强烈的太阳风下地球没有毁灭?
应该会有影响,但不会造成毁灭,但是还需要警惕. 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 美国科学家发布了一份特殊报告,报告中预测了2012年9月22日将出现太阳风暴,分析称这可能引起一次地球灾难,90秒之后美国一些地区将陷入灾难危机.很可能美国会沦落为发展中国家,经济损失达数万亿美元,恢复可能需要4-10年时间,其破坏力远远超过“卡特里娜”飓风. 特殊报告称,2012年9月22日将出现90秒太阳风暴危机 2012年9月22日午夜时分,纽约曼哈顿上空将出现闪烁的彩色光芒,纽约市民很少会看到如此短暂而独特的类极光现象,这只有在南极才会看到.在短短几秒内,居民家中的灯泡开始变得昏暗并闪烁着,接着又变得不同寻常的明亮.之后灯泡就完全熄灭了.在90秒之内,美国东部一半的地区将陷入停电危机之中. 一年之后,数百万的美国人将陆续死亡,国家的基础性设施将濒于崩溃.世界银行将宣布美国变成发展中国家,欧洲斯斯堪的纳维亚半岛(瑞典、挪威、丹麦、冰岛的泛称)、中国和日本也将出现同样的灾难,这场灾难源于一次猛烈的太阳风暴——来自距离地球1.5亿公里之遥的太阳表面. 以上内容听起来会让人感到有些荒谬,许多人都会相信地球上不会出现如此悲惨的灾难.但是这并非是危言耸听,今年1月份,由美国宇航局提供研究资金,美国国家科学院发布的一份特别报告中很严肃地提出了“未来太阳风暴危机”.报告中指出,在过去几十年里,西方文化在迅速发展的同时也埋下了毁灭的种子,现代的生活方式以及所依赖的科学技术在悄然地把人类推向特殊危险的境地——来自太阳表面喷射的等离子球将摧毁我们的电网,并造成致命的后果. 美国科罗拉多州立大学的太空气候专家丹尼尔－贝克（Daniel Baker）负责起草这项研究报告,他说：“我们正在与可能出现灾难的边缘越来越近.”太阳表面释放着大量的等离子体——高能量粒子,它们从太阳表面逃逸以太阳风的形式在太空中穿梭.有时太阳风会携带着数十亿吨的等离子球,如果大量的等离子球进入地球磁场,将酿成毁灭性的灾难. 比卡特里娜飓风破坏力更强,往往发生在经济发达地区 等离子进入地球大气层将导致地球磁场结构的快速改变,诱导地面上较长电线的电网产生电流,其结果是导致变压器的铜线快速加热并被融化,电流失去控制.1989年3月,加拿大魁北克省就发生了类似的停电事件,600万居民在没有电的状况下度过了9小时.但更糟糕的事情还不仅于此. 在历史上最严重的太空天气事件发生在1859年,这就是著名的卡林顿事件,该事件是以英国业余天文学家理查德－卡林顿（Richard Carrington）的名字命名的,此次是由于太阳黑子造成的,持续了8天的恶劣太空天气.负责研究1859年卡林顿事件的美国宇航局行星部负责人詹姆斯－格林（James Green）称,虽然太阳表面爆发活动被证实非常强大可怕,但是我们至今仍未发现任何比卡林顿事件更恶劣糟糕的事件.基于对2012年所发生的太阳风暴事件预测,我们仍能幸存下来.但是我们将面临着两个问题,首先,是现代的电力网络,现代的电力网络都是以更高的电压覆盖更广的地区,虽然这提供了更有效的电网运营方式,但是也变成了最易遭受恶劣太空天气攻击的对象.较高功率的电网将变成一个非常有效的天线,引导巨大的直流电通向变压器.其次,电网系统与我们的生活息息相关,电网系统与供水和污水处理系统、超市物流基础设施、电站控制系统、金融市场等体系紧密联系在一起.如果将以上两种因素结合在一起,那么我们将会很清晰地意识到如果卡林顿太空天气事件再次上演的话,将引发世界上前所未有的灾难性事件. 美国科学院委员会顾问、加州梅塔科技公司电力工业分析师约翰-卡普曼（John Kappenman）说：“这与通常我们所想的自然灾难截然不同,太阳风暴往往袭击经济较发达的地区.” 太阳风暴灾难可能需要4-10年时间恢复 依据美国科学院的这份特殊报告,严重的太空天气将在美国境内诱导产生地面电流,从而在90秒内毁坏美国300个关键的变压器,切断了至少1.3亿居民的电力系统.出现的第一个困难就是饮用水问题,那些生活在高层建筑的居民,饮用水很难泵吸抵达,不久便会很快中断饮用水来源.由于停电也不会从水库中泵吸水.目前的状况并不仅仅是电力系统运输中断,同时没有铁路运输,地铁运输也停止；日常的生活用品也会消耗得很快,超市货架上的物品会很快销售一空,送递货物的卡车仅能在燃油未耗完前驾驶,当燃油使用完之后司机们也束手无策,加油站在没有电力的情况下无法从地下储油罐中抽吸燃油；对于医院而言,失去电力和饮用水,卫生保健和医疗抢救则无法进行. 真实可怕的事情是数个月状况没有得到改进,或许会持续几年时间,融化的变压器无法修复,只能更换.卡普曼说：“可能找到几个备用的变压器并不难,但是安装一个新变压器需要训练有素的工作人员安装一个星期时间或更长,然而一个大型电力基础设施之前可能只配备了一至两名工作人员负责日常维护.” 即使某些系统恢复了动力,但却没有保证能够此后不再出现故障.差不多所有的天然气和燃料管道的修复需要电力支持.燃煤发电站通常会存储供30天发电的煤量,但是没有其他的运输系统带来更多的煤,那么在第二个月该发电站将不再发电. 事实上,情况会更加糟糕.卡特里娜飓风所带来的社会和经济损失可达到810-1250亿美元.依据美国科学院研究报告,假设出现一次“严重的地磁暴事件”,很可能会导致高达2万亿美元的损失.并且这仅是灾难出现第一年所出现的经济损失,如果要从灾难中恢复需要4-10年时间,令人置疑的是如果面对这样的灾难,美国是否能复苏过来. 欧洲宇航局太空天气研究小组主席迈克－哈普克德（Mike Hapgood）说：“我并不认为这份特殊报告是散布谣言,科学家对于自然事件现象的研究分析还是比较客观的,他们的分析是经过认真思考的.这是一份公正的科学分析报告,值得人们引起高度重视.”
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