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太陽耀斑是如何產生的?又對人類活動有哪些影響呢?

SUNSHINEhzl發表於 2019-12-4 03:40:59
作者:天文在线

網友提問︰ “我知道耀斑可以電離地球大氣並干擾無線電信號通信。我想進一步了解這種現象以及耀斑的其他影響。”

︰耀斑及其伴生的太陽活動對地球有著廣泛的影響。我向你推薦本文,這里列舉了太陽對于地球的影響(包括耀斑)。

太陽耀斑是如何產生的?又對人類活動有哪些影響呢?

圖解︰在2012年8月31日爆發的太陽耀斑,曾一直徘徊在太陽的大氣層、日冕,有著長長的日珥/絲狀體噴發至太空中。

你已經知道,太陽耀斑主要影響通信與無線電傳輸。這些高能粒子也通過其他途徑影響地球。耀斑通常伴隨著日冕物質、電子、質子以及離子拋射。地球對此有著天然的防護層︰磁場與大氣阻隔了大部分粒子。不過,仍有少量的高能粒子得以進入極低地區的大氣。

太陽耀斑是如何產生的?又對人類活動有哪些影響呢?

圖解︰太陽風粒子和地球磁層交互作用的示意圖 (未依實際比例)。

耀斑帶來的最壯觀最美麗的現象非極光莫屬。高能粒子(尤其是電子)在極地地區沿著磁場線加速,與大氣中的粒子相踫撞並使其發光-這光便是我們所見的極光。

太陽耀斑是如何產生的?又對人類活動有哪些影響呢?

圖解︰極光,是一種等離子體現象,主要發生在具有磁場的行星上的高緯度區域,而在地球上的極光帶即是經度上距離地磁極10°至20°,緯度寬約3°至6°的區域。當磁暴發生時,在較低的緯度也會出現極光。

耀斑也帶來了飛行員與宇航員的健康問題。對于絕大部分時間都在地表度過的我們而言,磁場與大氣隔絕了大部分有害輻射和高能粒子。然而在高空中情況卻大不相同。飛行員在極高的海拔飛行,通常接近極低,因此更多地暴露在有害環境中。宇航員也是如此。這導致了飛行員與機組人員更高的癌癥患病率。甚至曾有宇航員報告看到了閃光-那是因為高能的質子擊中了他們的眼楮!

太陽耀斑是如何產生的?又對人類活動有哪些影響呢?

相關天文知識

磁暴(通常稱為太陽風暴)是由太陽風沖擊波與地球磁場相互作用的磁場雲引起的地球磁氣圈的臨時擾動。

引起風暴的可能是太陽日冕物質拋射(CME)或著是同轉相互作用區(CIR),來自日冕洞的高速太陽風磁暴的頻率伴隨太陽黑子周期呈現增加或減少。在太陽活動最強的時候,地磁暴的發生頻率更高,其中大部分是由CME產生的。在太陽活動最小的時候,風暴主要由CIR產生(盡管CIR風暴在太陽活動最大的時候比在太陽活動最小的時候更頻繁)。

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圖解︰在1989年3月磁暴期間,監測太空天氣的GOE-7,它的莫斯科中子監測器紀錄了日冕質量拋射(CME)的通過,磁場強度降到被稱為福布希衰減的數值。

太陽風壓的增加最初壓縮了磁層,太陽風的磁場與地球磁場相互作用,並將增加的能量轉移到磁層中。這兩種相互作用都會導致等離子體在磁層中運動的增加(由磁層內部電場的增加所驅動),以及磁層和電離層中電流的增加。在地磁風暴的主要階段,磁氣圈中的電流產生磁力,將磁氣圈和太陽風之間的邊界向外推出。

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圖解︰近地空間環境中的磁層。

一些天氣現象往往與地磁風暴有關,又或者是由地磁風暴引起的。這些包括太陽高能粒子(SEP)事件、地磁感應電流(GIC)、引起無線電和雷達閃爍的電離層干擾、磁羅盤導航中斷以及比正常低很多緯度的極光現象。

有記錄的最大的地磁風暴,是發生在1859年9月的卡林頓事件,摧毀了部分最新建立的美國電報網並引發了火災,此事震驚了許多電報員。1989年,一場地磁風暴激發了地面感應電流,擾亂了魁北克大部分地區的電力系統,並伴隨產生了極光,影響範圍直至最南邊的德克薩斯州。

太陽耀斑是如何產生的?又對人類活動有哪些影響呢?

太陽耀斑是太陽上突然出現的極強亮度的閃光,通常在太陽表面附近和靠近太陽黑子群的地方觀測到,強大的耀斑通常伴隨著日冕物質拋射。即使是最強大的耀斑也幾乎無法在太陽總輻照度(“太陽常數”)中檢測到。

太陽耀斑發生在一個能量的冪律譜中;通常10^20焦耳的能量釋放足以產生一個清晰可見的物體,而一個主要物體可以發射高達10^25焦耳的能量。

太陽耀斑是如何產生的?又對人類活動有哪些影響呢?

耀斑與等離子體和粒子通過日冕噴射到外層空間密切相關;耀斑也大量發射無線電波。假設噴射方向是地球,與此干擾有關的粒子可以穿透上層大氣(電離層)並引起明亮的極光,甚至可能中斷遠程無線電通信。太陽等離子體噴射到地球上通常需要幾天時間。耀斑也發生在其他恆星上,也就是所謂的恆星耀斑。高能粒子,可能是相對論性的,幾乎可以與電磁輻射同時到達。

參考資料

1.維基百科全書

2.天文學名詞

3.HPYULEMAR+西西西-curious

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