《中小学生不可不知的宇宙奥妙》：第3章 太阳上的风暴

------第3章 太阳上的风暴------



太阳风是一种来自太阳并以200～800千米/秒的速度运动的连续存在的等离子体流。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，所以称之为太阳风。当然，太阳风的密度与地球上的风的密度相比，是非常稀薄而微不足道的。在一般情况下，在地球附近的行星际空间中，每立方厘米只有几个到几十个粒子；而地球上风的密度则为每立方厘米2687亿个分子。太阳风虽然十分稀薄，但它的猛烈程度却远远强过地球上的风。在地球上，12级台风的风速是每秒325米以上；而在地球附近，太阳风的风速却经常保持在350～450千米/秒，是地球风速的上万倍，最猛烈时可达每秒800千米以上。太阳风是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：一种是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，往往会引起很大的磁暴与强烈的极光，同时也会产生电离层骚扰。

其实，太阳大气分为6层，由内往外依次为：日核，辐射区，对流层，光球，色球，日冕。其中，日核的半径占太阳半径的1/4左右，它集中了大部分的太阳质量，并且是99%以上太阳能量的发生地；而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。

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一些长条形的大面积的黑暗区域。这些区域的X射线强度比其他区域要低得多，看起来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射出去，形成高速运动的粒子流，即太阳风。太阳风在冕洞底部的速度为16千米/秒左右；当到达地球轨道附近时，速度可达800千米/秒以上。

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。于是形成了一个空腔，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，它持续了大约5分钟。卡林顿认为自己碰巧看到一颗大陨石落在了太阳上。

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”是很普通的事情，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，拍摄到太阳的照片。结果查明，太阳的闪光与陨石毫不相干，那只不过是炽热的氢的短暂爆炸而已。天文学家把这种现象称为“太阳风暴”。太阳风暴是太阳表面那些静不下来的黑子活动得最厉害的时候，太阳因能量增加而向太空喷射大量带电粒子。太阳风暴每11年发生一次，它往往以每小时300万千米的速度向地球扑来，与地球磁场发生撞击产生地磁冲击波。

虽然这个风暴是发生在太阳上的，但它的威力可是不小，连地球也会受到影响。科学家形象地把太阳风暴比喻为太阳打“喷嚏”。太阳的活动对地球至关重要，因而太阳打“喷嚏”，地球往往会发“高烧”，对人类生活造成一定的破坏。由于太阳风暴中的气团主要是由带电等离子体构成，并以每小时150万～300万千米的速度闯入太空，因此，它会对地球的空间环境产生巨大的冲击。

太阳风暴爆发时，将影响通讯、威胁卫星、破坏臭氧层。比如，1989年的太阳风暴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，损失超过10亿美元。20世纪70年代的一次太阳风暴导致大气活动加剧，增加了当时苏联的“礼炮”号空间站的飞行阻力，从而使其脱离了原来的轨道。

知识链接：太阳有多热

地球上除了原子能和火山、地震以外，太阳能是一切能量的总源泉。那么，地球接收太阳的能量有多少呢？科学家们经过推算得出结论：太阳每年送给地球的能量相当于100亿亿度电的能量。

来自太阳表面的能量还以可见光、紫外线和X射线的形式向地球辐射，它们的力量足以穿透地球的大气层，其功率竟高达100万千瓦！也就是说，地球上每1平方米都受到1.35千瓦来自太阳的辐射，科学家把这个数字称为太阳常数。

有了太阳能，植物赖以生长的光合作用才能进行；也正是这种太阳能储存在已经变成矿物燃料的古生物中，为我们提供了煤和石油。阳光给地球送来了热量，促使大气循环、海水蒸发，形成云和雨。在大气层中，太阳能撞击由2个氧原子组成的氧气分子，使它们变成由3个氧原子组成的臭氧分子。臭氧层挡住了来自太阳的大部分紫外线，那一小部分透过臭氧层的紫外线，虽能使爱健美的人晒得黝黑，但若照射的时间过长，却会诱发皮肤癌。

阳光是地球最可靠的热源，35亿年以来，它使地球温度的变化范围很小。这对维持生命的存在是十分必要的，因为来自太阳的能量无论变多了还是变少了，都会对我们居住的行星产生深刻的影响。
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------第4章 太阳脸上的黑斑------

太阳的脸上会有黑斑吗？太阳这么耀眼，我们平时直接看，都会觉得刺眼。它脸怎么会有黑斑，我们又是怎么知道的呢？天文学家把太阳脸上的黑斑叫做“太阳黑子”，世界上最早的有关太阳黑子的记录，是我国公元前140年前后成书的《淮南子》中记载的“日中有蹲乌”，意思是太阳上面有一只三只脚的乌鸦，实际上指的就是太阳脸上的黑斑。

你知道太阳分几层吗？太阳的结构从里向外主要分为：中心为热核反应区，核心之外是辐射层，辐射层外为对流层，对流层之外是太阳大气层。

人们平常看到的是太阳表面，科学家把它叫做光球，它是太阳大气最里面的一层。一些旋涡状的气流，像是一个浅盘，它的中间凹进去好几百千米。这些旋涡状气流很像大小不等的、形状很不规则的窟窿，很黑很黑，这就是天文学家所说的太阳黑子。黑子本身并不黑，它的温度一般也有四五千摄氏度，但是比起光球来，它的温度要低一二千摄氏度，在更加明亮的光球衬托下，它就成为看起来没有什么亮光的、暗黑的黑子了。这就好像你觉得一个人很高，但是有一个比他还要高的人站出来一比较，他就是个矮子了，我们现在所说的太阳黑子就是那个被比下去的“矮子”。假设光球上百分之百地覆盖着黑子，太阳仍旧会是相当亮的，只是比现在看到的稍微暗一些罢了。

太阳黑子的形成与太阳磁场有密切的关系。但是它到底是如何形成的？天文学家对这个问题还没有找到确切的答案。黑子越多，可能说明太阳越老。黑子可能是所有恒星寿命的一般特征；黑子可能是太阳的核废料（好像人类核反应堆的核废料）。约11年出现一次的太阳风暴可能是黑子在太阳里面和表面的上下翻动一次造成的，黑子温度较低应该也是它为废料的一个证明，黑子附近的周边应该比太阳正常的地方温度高一些。

黑子的大小相差很大，大的直径可达20万千米，比地球的直径还要大得多，小的直径只有1000千米。黑子的寿命也各不相同，最短的小黑子寿命只有两三个小时，最长的大黑子寿命大约有几十天。黑子的数目有时多，有时少。

黑子是由本影和半影构成的，本影就是特别黑的部分，半影不太黑，是由许多纤维状的纹理组成的，具有旋涡状结构。当大黑子群具有旋涡结构时，就预示着太阳上将有剧烈的变化。人类发现太阳黑子活动已经有几千年的历史了。黑子的活动周期为112年。届时会对地球的磁场、各类电子产品和电器产生损害。在开始的4年左右时间里，黑子不断产生，越来越多，活动加剧，在黑子数达到极大的那一年，称为太阳活动峰年。在随后的7年左右时间里，黑子活动逐渐减弱，黑子也越来越少，黑子数极小的那一年，称为太阳活动谷年。

太阳的脸上长了黑斑，我们也要跟着发愁，太阳是地球上光和热的源泉，我们可是离不开太阳的，它的一举一动，都会对地球产生各种各样的影响。当然，它脸上长了黑斑，也会对我们造成影响。

别看它只是一个亮点，一旦出现，简直是一次惊天动地的大爆发。这一增亮释放的能量相当于10万甚至100万次强火山爆发的总能量，或相当于上百亿枚百吨级氢弹的爆炸；而一次较大的耀斑爆发，在一二十分钟内可释放巨大的能量，除了日面局部突然增亮的现象外，耀斑更主要表现在从射电波段直到X射线的辐射通量的突然增强；耀斑所发射的辐射种类繁多，除可见光外，有紫外线、X射线和伽马射线，有红外线和射电辐射，还有冲击波和高能粒子流，甚至有能量特高的宇宙射线。

耀斑会对地球空间环境造成很大影响。太阳色球层中一声爆炸，地球大气层即刻出现缭绕余音。耀斑爆发时，发出大量的高能粒子到达地球轨道附近时，将会严重危及宇宙飞行器内的宇航员和仪器的安全。当耀斑辐射来到地球附近时，与大气分子发生剧烈碰撞，破坏电离层，使它失去反射无线电电波的功能。无线电通信尤其是短波通信，以及电视台、电台广播，会受到干扰甚至中断。耀斑发射的高能带电粒子流与地球高层大气相互作用，产生极光，并干扰地球磁场而引起磁暴。

当太阳上有大群黑子出现的时候，地球上的指南针也会颤抖，不能正确地指明方向；就连平时很善于识别方向的送信的鸽子也会迷路；无线电通讯也会受到严重阻碍，甚至会突然中断一段时间，这些反常现象将会对飞机、轮船和人造卫星的安全航行，还有电视、传真等方面造成很大的威胁。

研究地震的科学工作者发现，太阳黑子数目增多的时候，地球上的地震也会很多。地震次数的多少，也有大约11年左右的周期性。

黑子还会引起地球上气候的变化。100多年以前，一位瑞士的天文学家就发现：黑子多的时候地球上气候干燥，农业丰收；黑子少的时候气候潮湿，暴雨成灾。我国的著名科学家竺可桢也研究得出凡是中国古代书上对黑子记载多的世纪，也是中国范围内特别寒冷的冬天出现的较多的世纪。

知识链接：我国最早对于太阳黑子的记录

太阳黑子是太阳光球层上出现的暗斑点。因其温度要比周围光球低1000℃～2000℃，从而与光球相比成为黯淡的黑斑，所以被称为“太阳黑子”。

现今世界公认的最早的黑子记录，是西汉成帝河平元年（公元前28年）三月所见的太阳黑子现象，载于《汉书·五行志》：“成帝河平元年……三月己未，日出黄，有黑气大如钱，居日中央。”这一记录把黑子的位置和时间都叙述得很详尽。

事实上，在这以前，我国还有更早的关于黑子的记载。在约成书于汉武帝建元元年（公元前140年）的《淮南子·精神训》中，就有“日中有踆乌”的叙述。踆乌，也就是黑子的现象。而比这稍后的，还有：“汉元帝永光元年（公元前43年）四月……日黑居仄，大如弹丸。”（《汉书·五行志》）。这表明太阳边侧有黑子成倾斜形状，大小和弹丸差不多。这个记载也比前面的记录早。

历代的记录已经表明：黑子出现最多的年月，也是极光出现频繁的时期。黑子和极光互有关系。1977年7月，云南天文台又利用我国古代太阳黑子和极光的记录，同时进行分析得出：极光和黑子都存在约11年的周期，并且得出结论：太阳活动和极光的周期约为11年，并不是近300年才有的暂时现象。这对于研究地球物理学和天文学的一系列问题，将是很有益的启示。同时也说明我国古代记录太阳黑子是相当宝贵的。未完待续......欲知下回，请关注微信公众号： xiaoyida_com ，回复 xse95940 获取完整内容！
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本小说内容节选自：育儿健康小说 《中小学生不可不知的宇宙奥妙》

作者：王成
最后更新于：2016年10月21日
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