12月12日 太陽活動與人類生存環境 汪景琇
主講人簡介汪景琇先生，1944年5月生于遼寧撫順市，現任中國科學院國家天文臺研究員，理學博士，北京大學兼職教授，中國科學院研究生院教授，國家天文臺學術委員會主任，中國天文學會理事，國際天文聯合會第12委員會組織委員。在太陽磁場和磁活動等方面研究發表了100多篇學術論文，得到400多次國際同行引述。獲中國科學院自然科學一等獎和二等獎，被國家教委和國務院學位委員會授予“做出突出貢獻的中國博士學位獲得者”稱號。
內容簡介
本次講座中，汪景琇教授將主要講述太陽活動，以及太陽活動對人類生存環境的影響。
太陽是一個普通的恒星，太陽確實以自己穩定的光熱來孕育了我們的地球、孕育我們太陽系，包括這里智慧的生命，但是太陽會有暴怒的時候，這個時候太陽會以激烈的活動，影響人類的生存環境和空間環境。
內容大致包括太陽和太陽活動、太陽活動周、太陽和人類的生存環境、太陽研究中的科學機遇，還有中國的太陽研究。
在行星際空間里，有太陽系，有我們的九大行星，有很多天體，包括地球有自己的磁層，有自己的大氣，另外還有自己的生物圈。太陽會產生無窮無盡的能量，太陽可以影響地球的氣候和天氣過程，可以影響地磁暴，可以影響農業，可以影響供電系統，它會把地球的磁層壓到地球同步軌道之內，增強地球的輻射帶，導致磁暴和磁亞暴，使得衛星受到損傷，地磁暴可以影響供電系統的安全，極光的亞暴的電流，可直接影響宇航和航空的安全，包括危及宇航員和飛越極區乘客的安全，甚至于造成衛星整個的失效。
太陽不只是給大家造成很多危害，太陽這個特殊的環境和日地環境，孕育了我們人類本身和孕育了這種智慧的生命，沒有太陽的話，就沒有世界上的萬物，也沒有我們的地球環境，但是太陽可能在怎樣的程度上影響人類的生存、影響我們人類社會，這是因為人類越來越走向了空間這樣一個時代，所以人類對空間的依賴越來越重?？臻g觀測確實是空間的高技術，把人帶到一個完全新的境界，給空間物理的研究、太陽物理研究、天體物理研究完全帶來了新的生機。
在宇宙當中，是否有其他的環境，這對人類地外可居住性，對人類思考將來哪一個環境能有智慧生命非常重要，現在這方面天文研究非?；钴S，人們在尋找在太陽系外，有沒有行星系統，有沒有跟太陽系一樣的系統，有沒有跟地球一樣的藍色的行星。
太陽物理中有很多重大的科學問題，其實非常有名的中微子問題，中國是最早有黑子記錄的國家，我們國家自然科學的先驅者高平子先生，他是在1925年親手描的黑子記錄。我們國家的太陽磁場望遠鏡，是艾國祥院士和他的同事對于中國太陽物理界、對中國的天文界所做出的巨大貢獻。
我們現在國家的重點基礎研究項目，叫做太陽劇烈活動空間災害天氣項目也正式立項投入工作，相信中國這樣一個偉大的國家，應該在自然科學各個領域做出貢獻，包括在太陽物理界做出自己無愧于我們偉大國度和我們偉大民族的獻。
汪景琇教授告訴我們，當人類進入空間時代之后，研究太陽及其對人類生存環境的影響，對國家的發展，對社會的安全有著重要的意義。
全文
大家好！
畫面上大家看到的是高山上壯麗的日出。我不知道有多少同學曾經到高山或者大海，去看壯麗的日出或者是溫馨的日落。我這里收了一些日出和日落的圖片。大家看到，當桔紅色的光焰把天空照亮，另外又濃墨重彩，把大地涂成金色的時候，那么你會感到無限的溫暖和歡樂，它給人一種歡樂、輝煌，甚至有幾分莊嚴的感覺，使你體會到一種大自然或者宇宙的這種永恒的美麗。
這就是我們的太陽，它以穩定的光熱來孕育著地球上的萬物，包括智慧生命，我們人類本身。但是太陽它如果在地球大氣外的話，那么你會看到每平方厘米、每分鐘，大概能夠接受到太陽的能量是1.97卡，那么會使1.97克的水升高一度的溫度，那么這個被稱為太陽常數。大家知道太陽常數在世紀時標內，變化小于百分之一，只有千分之一和二的水平。這是為什么地球上能夠有生命繁衍。那么人類得以發展的原因，因為太陽確實以自己穩定的光熱來孕育了我們的地球、孕育我們太陽系，包括這里智慧的生命。但是太陽有的時候也會有暴怒的時候，這個時候太陽會以激烈的活動，影響人類的生存環境和空間環境。所以我今天給大家講的就是太陽風暴，也就是說太陽活動及其對人類生存環境的影響。
這里看到的是太陽上觀測的一個真實情景，但是后面的太陽風暴卻是模擬的圖景，那么大家可以看到，太陽上局部區域發生劇烈的這種太陽活動現象，或者日冕物質拋射的形式，把大團的帶著磁場的等離子體，拋向行星際空間，那么它大概花三天左右的時間來到達地球，撞擊地球的磁層，這樣在地球的兩極，出現高能粒子輻射，那么接著影響了我們整個地球的環境，這種情況就叫做太陽風暴。大家知道越來越多的人開始感覺到、開始懂得這個道理，就是我們的地球，或者我們人類是生活在太陽這顆普通恒星擴展的大氣內。這邊是大家看到的太陽，太陽不停地通過太陽風，把磁化等離子體輸入到行星際空間。這個地方我們看到是地球，那么地球的磁層會響應這種太陽輸出的變化，反過來影響人類的生存環境。這就是我們意義上的太陽風暴，或者太陽活動對人類生存環境的影響。
我今天要講的大致包括太陽和太陽活動、太陽活動周、太陽和人類的生存環境、太陽研究中的科學機遇，還有中國的太陽研究。太陽是一個普通的恒星，大家知道，在星際介質當中，太陽風通過它磁化等離子體，這種強勁的太陽風在行星際空間刻出一個巨大的空腔，這個空腔就叫做日球。太陽在日球中，它是整個日球的主宰，日球的邊界是太陽風的能量和恒星風的能量，密度的等密度面。所以在這個邊界上，太陽風和恒星風它們的密度相當，誰也影響不了誰。那么在日球內，這個巨大的空腔是太陽的影響范圍，太陽通過幾種方式來影響行星際空間，影響所有的行星系統，包括我們地球。它通過高能粒子，太陽不停地向行星際空間輻射高能粒子，又通過磁化的太陽風，把磁化的等離子體和磁場拋向行星際空間，還通過各種波長的電磁輻射，這個電磁輻射包括極短波，從γ射線、X射線、遠紫外、紫外到可見光、紅外、射電一直到幾十公里的波長，來影響我們的環境。實際上在日球里有太陽系，有我們九大行星，有很多的天體。地球有自己的磁層，有自己的大氣，另外還有自己的生物圈。那么太陽的結構，大家看到中間是日核，然后它通過熱核反應核聚變，來產生無窮無盡的能量，通過輻射的方式，在輻射層里傳播。中間這一部分是輻射層，日核內部的溫度是一千五百萬度，輻射層的溫度大概百萬度左右。由于太陽非常厚重，有非常多的物質在里邊，所以輻射不可能從太陽內部一直傳到太陽外邊，大概花到成千萬年的時間，太陽的輻射才能傳到太陽的表面、太陽的底部。那么底部是對流層，這是對流層底，對流層外邊是對流層，對流層里等離子通過復雜的運動產生的磁場。所以我們表面上看到太陽黑子、暗條還有這暗條爆發，還有光斑、耀斑，給我們看到了非常漂亮的日珥，看到了擴展的日冕在日全食，大家看到銀白色的日冕非常美麗。這是我們的太陽，左邊看到的是太陽內部的溫度分布，右邊看到的是太陽自轉的分布，隨著深度的分布。（20世紀）90年代之后，在太陽物理研究中，發現一個很重要的現象，就是說在太陽內部的自轉輪廓，基本上是像一個剛性自轉一樣。大家學過力學和理論力學，差不多像剛體一樣在自轉。但是在太陽的外層，對流層，它維持了從表面所觀測到的較差自轉，也就是說在太陽不同的緯度，自轉的速率是不一樣的。在太陽赤道附近，太陽每27天轉一圈，可是在極區呢？大概要31天轉一圈，這種情況叫做較差自轉。
在對流層和輻射層的邊界，有一個非常窄、非常薄的層次，這個層次在1992年才被發現，被稱為一個英文的名字叫Tachoeline這樣一個層次。這個層次很可能是太陽發電機活動的地方，也就是說太陽磁場產生的地方。這里這個簡單的模擬，使你看到了這中間是輻射層，上邊是對流層，它們的邊界是對流層底，被稱為一個邊界層，或Tachoeline層次。那么太陽的發電機效應，可以初步的用這樣一張圖來反映出來。大家看到開始的時候，太陽的磁場是從南極到北極，基本是靜向的磁場，由于較差自轉，把磁力線扭纏起來，這樣最后大家可以看到，這個磁力線扭纏之后，在南北兩帶出現了活動帶，大家看到這樣一個結構，相當于一個磁環伸出來，那么它的一端可能是磁場的正極，一端是磁場的負極，也就是磁力線從一端伸出來，流進到另一端。所以按照這樣一個理論，大家應該看到，在太陽上要出現兩個活動帶，一個在北半球，一個在南半球，一會兒我們看看觀測是不是這樣。太陽黑子就是環向磁場，在浮到太陽表面之后，變成太陽黑子。那么我們看到每11年，太陽黑子從極小到極大，就是數目從最少到最多，有個11年的周期，我們現在看到的太陽，是在太陽不同的三個層次?，F在看到的是日冕，日冕的結構不像我們看到的明亮的太陽，這個時候我們看到太陽光球，也就是說太陽明亮的圓面，在日出和日落的時候，如果是天上灰塵比較多，或者是光不是太刺眼的時候，你可以通過濾光片，看到太陽經常是這個情形，那么有時候比較大的黑子，你可以肉眼可見。然后我們看到有一個層次，是太陽的色球，這色球上有一些暗的線狀的結構，被稱為暗條，有些亮的結構被稱為譜斑，有時候突然增亮，被稱為太陽耀斑，最后我們看到的是幾百萬度的太陽日冕。所以太陽你從表面看，它只有五、六千度的溫度，到色球是八千度到兩萬度的溫度，到日冕是成百萬度的溫度。那么大家就會感到很奇怪，為什么太陽越往上，我們經常講高處不勝寒，越往高地球大氣應該越冷，可太陽越往上溫度越高，到日冕的時候，它居然到了百萬度的日冕。所以這些都是太陽物理當中，還沒有完全解決的困難問題，那么有幾類主要的太陽活動呢？
我今天想向大家主要講的，是這樣幾類主要的太陽活動，有太陽風，這是太陽寧靜時的高能粒子流，是來自太陽風。有太陽耀斑，太陽局部地區突然的能量釋放過程，那么它帶來了電磁和粒子輻射，影響了地球的環境。有暗條消失和爆發現象，它帶來高能粒子，因為它帶來了物質拋射現象，帶來高能粒子給我們地球環境，還有日冕物質拋射，那么這是最壯觀、尺度最大的太陽活動現象，它對地球環境的影響是最大的。還有冕洞和高度太陽風源，也有日球的磁場，導致地球磁層頂的行星際磁場擾動，那么后兩部分我將不主要的講，我講的主要部分是前四個方面。
大家看到這是在空間觀測到的太陽紫外觀測的情形，這上面所看到的是太陽的磁場，大家看到基本上是以淺色的，或者明亮的磁通量塊為主，那么它表示這個極區的磁場是正極的、為主的。那么下邊我們看到是一個暗黑的地方被稱為冕洞，極區冕洞，這個地方太陽風會源源不斷地從太陽吹過來，這是我們看到從304埃，一埃等于十的負八次方厘米，是一個原子物理當中的一個單位所觀測的太陽。這是我們看到的太陽風流出來的情形，對這部分我們不再詳細的講，因為太陽風基本代表了靜時的一種太陽活動，基本是太陽寧靜時候的太陽活動。那么耀斑現象，我們重點給大家講一下。
這邊我們看到的是，傳統的用輕的巴爾末線所觀測到的太陽耀斑爆發的情形。這是一個X2.1級耀斑，就是比較大的一個耀斑。這是我們用紫外看到的耀斑的情形，大家注意到，當這個耀斑爆發的時候，太陽很大部分面積會短時間瞬息地變暗又變亮，這種情況叫做紫外的波動，或者叫做太陽的暗化過程。那么耀斑呢？它會引起很漂亮的太陽波動現象，大家看到是同一個耀斑，只不過是日本的飛彈天文臺觀測到的斑耀情況。大家看看這個耀斑爆發的時候，會有波動傳過來。所以這樣一個波動是俄羅斯的天文學家和美國天文學家共同發現的，被稱為莫靈頓波。波動會從耀斑區域傳播到太陽表面，波動的速度大概每秒一千到兩千公里的范圍。
我現在給大家看到的是第23太陽活動周，也就是說這次太陽活動周，是最壯觀、最劇烈的一次太陽斑耀爆發情形。大家看到這是紫外觀測到的太陽輻射。那么在太陽爆發之后，大家看到這個畫面上出現了很多的雪花點，這種雪花點，空間物理學家把它稱為雪暴。什么叫做雪暴？為什么會出現雪暴？可能有的同學會想到，因為這個觀測是在空間地球軌道處的衛星上觀測到的，那么耀斑爆發的時候，產生大量的高能粒子，這些高能粒子傳播到以差不多相對論的速度，就是零點幾倍的光速，也就是說花幾分鐘到幾十分鐘的時間，傳播到地球軌道處，打在衛星探測器的耙面上，打在耙面上之后，使得探測器短期工作失靈，所以這個時候你看到的是這種雪花點，所以空間物理學家把它稱雪暴。
太陽上不只是有X射線爆發，軟硬X射線爆發，太陽上還有核反應，核反應的標志，就是你觀測到γ射線。那么太陽主要的γ射線，我不能一一給大家介紹，但是大家至少要明白，太陽上由于核反應的結果會有正電子、負電子，正電子、負電子在湮沒的時候，出現了0.511兆電子伏特的γ暴γ射線。這是條線輻射，很強的線輻射，由于太陽爆發，輕的原子核，它俘獲了中子之后變成了氘核，氘核被激發之后，它又衰變下來，又產生了一個2.223兆的電子伏特的γ射線。那么太陽上在耀斑當中有核裂變，就是一個很大的核，被一個核沖擊的時候、撞擊的時候，它會分裂成小的核，而這個小的核本身是激發了的，所以它在衰變下來的時候，產生了更高能的γ射線。我們看到這是跟蹤者衛星，在太空拍攝的一個暗條爆發的情形，因為圖面比較暗，大家不知道是否能看到這部分的暗條物質抬升的情形，一部分暗條物質抬升和爆發之后，又有一部分暗條物質回到太陽表面。大家看到這是明亮的兩帶，這兩帶在太陽物理上被稱為雙帶耀斑，那么暗條有的時候它并不出現在太陽表面，而是出現在太陽的邊界，這種情況下，暗條被稱為日珥。大家看到日珥是很漂亮的現象，它生在太陽之外，就像人的耳朵一樣，所以叫做日珥。那么有的時候日珥爆發的時候，會增長得非常之大。這是一個爆發日珥被拍下來的情況，我們看到的這部分就是地球的大小，所以大家看到地球還沒有日珥的一條腿這么大，我們的地球、我們的藍色星球在太陽面前實在是太小，它是太陽的子女，所以它實在比太陽要小得很多很多。有的時候這個日珥會一直爆發到地球的范圍。這是我們看到的一個模擬的日珥爆發的情形。太陽爆發會延著這個方向一直伸展過來，日珥伸展到地球附近的時候，它里邊有復雜的磁力線結構，這里是我們模擬的日珥磁場結構，它是個扭纏的磁環，所以變得很漂亮，變成日珥爆發的情形。在太陽邊緣看到的日珥爆發，實在是非常壯觀的現象，下面我們來介紹日冕物質拋射。
日冕物質拋射跟耀斑和暗條比，它有很多特點，什么特點？就是尺度最大，另外它也是最壯觀的太陽活動現象，是空間災害天氣的最主要的驅動源。這種大尺度，乃至全球尺度的現象，造成了磁場不穩定性和磁化等離子拋射在其他天體對象中還剛剛被觀測到，那么在哈勃望遠鏡觀測到一個密近雙星當中的恒星的物質拋射現象。我們可以看到，這是SOHO衛星在地球軌道處所觀測到的日冕物質拋射的情形，大家看到日冕物質拋射非常壯觀。我給大家稍微解釋一下，中間部分是我們的太陽，這是一個日冕儀，空間日冕儀的遮光板，它是覆蓋了大概六個太陽半徑的范圍，所以太陽明亮的光盤我們看不到，所以這樣才把日冕外邊的爆發現象顯示出來。大家看到這個日冕物質拋射，好像拋射出來一個封閉的一個環狀的結構，那么其他日冕物質拋射也非常地壯觀，有的日冕物質拋射有扭纏的結構，那么亮的結構本身就是扭纏，像鞭子一樣抽動，各種各樣的復雜現象。我這里值得請大家注意的是，由于六個太陽半徑的太陽，明亮的部分被遮住了，所以我們不只是能看到日冕和日冕活動，而且我們能看到太陽系的幾個行星。這是我們觀測到的日冕物質拋射情形，大家注意，這塊有個非常漂亮的彗星掠過太陽附近，這是我們的彗星，實在是非常美麗。那么大家有的時候會看到行星掠過太陽附近，有時候大家看到在日冕被遮住之后，我們看到背景的星系掠過太陽附近的情形，大家看到背景的星系穿過的行星，所以空間觀測確實是空間的高技術，把人帶到一個完全新的境界，那么給空間物理的研究、太陽物理研究、天體物理研究完全帶來了新的生機。
有的時候日冕物質拋射會非常壯觀，大家看到這個日冕物質拋射，亮的物質整個環繞太陽的圓面。為什么會有這種日冕物質拋射，同學們可以稍稍動點腦筋，這就因為這個日冕拋射物質太大了，它發生在日冕中心附近。所以當它拋出去的時候，整個太陽的圓面，如果這是一個太陽的話，那么日冕物質拋射這樣拋出去，整個的圓面被亮的日冕物質所覆蓋。那么日冕物質拋射時候，等離子溫度是兩百五十萬度左右，每次拋射的質量，大概幾十億噸的等離子體被拋射到行星際空間。那么這樣一個日冕物質拋射，大家馬上想到它是對著地球來的，或者背離地球而去的。那么我們要研究日冕物質拋射，我們就把各種各樣的太陽像象疊加在一起。比如這里我們看到的是太陽紫外觀測的太陽圖像，太陽變得這么小。這是在一個日冕儀Lasco C2所觀測的日冕物質拋射。這是在一個日冕儀就是LascoC3這樣一個日冕儀觀測到的日冕物質拋射，大家把日冕物質拋射的時間軌跡連起來，那么你們馬上就可以想到，我們可以通過最小二乘法的外推，把日冕物質拋射，在太陽表面開始的情形得到，我們也很快得到這個日冕物質拋射的溫度。那么我們根據日冕物質拋射所占的范圍和它的密度，可以估計日冕物質拋射的整個物質的密度，多少物質被拋射出來。所以這些就是天文學家做研究的時候，所采用的辦法。平均的日冕物質拋射，它平均的角度是45度，就是太陽伸出來45度角，一直拋射出來，拋射的物質是50到500億噸，這是日冕物質拋射，拋射是一種物質。那么它發生的頻次，在太陽活動極大的時候，大概每天有3.5次，在太陽活動極小的時候，每天是0.2次。所以大家注意到，日冕物質拋射實在不是什么罕見的現象，對太陽來說是非常普遍的一種爆發現象。那么流失的物質，大概每秒流失了20萬噸。所以大家看到日冕物質拋射實在是一種很激烈的現象。那么日冕物質拋射前端速度是50公里到1200公里，它的平均速度是每秒400公里，到達地球的時間是100小時。那么我這里想給大家看的，是一個從表面現象到日冕物質拋射都聯系起來的情形。大家看到這樣一個爆發，擾動了大范圍的太陽表面。細心的觀眾能夠看到，亮和暗的波傳播的過程，那么這樣一個爆發現象，也是一個直接對著地球而來的日冕物質拋射，這種對地的日冕物質拋射，大家看到它大概影響了我們看到整個亮的日冕物質，覆蓋了360度這么大的范圍。這樣一個日冕物質拋射也是很著名的，這是太陽周以來很著名的日冕物質拋射，對空間環境也有很重要的影響。
現在我們看的日冕拋射，是一個快速的日冕物質拋射，在這一端出現，大家看到了嗎？它一個寬大的磁環整個打開，大家看到磁環的曲率發生變化。原來是這樣一個磁環，最后變成這樣一個曲率的磁環伸過去，那么這樣一個日冕物質拋射，在太陽表面引起了大范圍的擾動，那么現在你將看到的是，這個磁環引起的太陽表面的大范圍擾動，大家看到大范圍的太陽表面變得暗起來，可是同學們看到，說我觀測太陽，從來沒有看到這個太陽會有這么大范圍變暗的情形。但大家不要忘了，這是遠紫外所觀測到的太陽輻射，那么在太陽的可見光，太陽總量的變化只有千分之一到千分之二，大的時候能到千分之五到六，可是在紫外輻射，你看到太陽的亮度會變化幾倍、幾十倍，那么這X射線輻射到太陽亮度變化，會到幾百倍、幾千倍，那么γ射線，那就是更大的一個輻射變化。所以太陽這種短波輻射的變化，對地球環境有很重的影響，一會兒我會提到。那么這是我們看到的剛才那些日冕物質拋射引起的太陽表面大范圍暗化的情形，這種情況是在太陽物理上被稱為紫外的暗化，那么如果我們注意一下這個暗化區域的磁場結構，我們注意到它是跟大范圍的磁環相聯系的。所謂日冕物質拋射，就是這樣一個大范圍的磁通量系統不穩定拋向行星際空間的過程。
現在我們回到太陽周。太陽上有復雜的活動現象，這種活動現象又有每11年、每22年的一個周期。那么你現在看到的是2000年，也就是太陽極大年的時候紫外觀測到的太陽。到1996年的時候，太陽是一個暗淡的星球，幾乎沒有什么輻射，那么你只看到極區的冕洞，一塊暗黑的大范圍的區域?？墒堑?000年，馬上你就看到太陽上變得這樣熱鬧，會有大量的明亮的輻射，許多個活動區都擠在一起，如果你看太陽活動的情形，你會看到，開始這段時候是1992年，是太陽活動最大的時候，到1996年，在X射線觀測的太陽就變得暗起來，幾乎看不到X射線的形象，那么在日全食的時候，你會觀測到太陽極大的時候，日冕是均勻分布的，是銀灰色的日冕，整個覆蓋到暗淡的太陽的表面，可是在太陽極小年的時候，日冕像長了兩個蝴蝶的翅膀。
這是我們太陽周的情況，太陽周的時候每11年，太陽黑子的數目和面積從最多到最小?，F在開始的太陽周是第23太陽活動，那么它極小年在1996年，極大年可能是在2000年附近。這是著名的蝴蝶圖，這是孟德爾天文學家他發現的，用蝴蝶圖的方式來描述太陽黑子出現和遷移的過程，是最客觀也最容易。那么在一個太陽周開始的時候，就是太陽低年附近，太陽黑子會在高緯南北30度以外的地方出現，然后逐漸太陽黑子的活動帶向極區遷移，最后到達極區，這是太陽周。那么注意到跟太陽黑子的活動周相應，我們地磁活動也有復雜的11年周期，那么11年來，太陽還有總亮度的變化。大家注意到，這是太陽極大的時候到極小的時候，它的總亮度變化雖然不大，但是這個變化對人類的生存環境卻有重要的影響。這還是我們看到的2000年7月14號耀斑爆發的情形，那么我們注意到，它所對應的太陽表面的磁場演化。
這是我們國家懷柔太陽觀測站，所觀測到的太陽向量磁場演化的情形。目前為止，我們國家的懷柔太陽觀測站，仍然保留了世界上最好的太陽磁場觀測。大家看到，那么導致這次重要日冕物質拋射的太陽磁場演化，是非常復雜的。大家注意到，這里有大范圍的磁通量消失過程，這個地方也有大范圍的磁通量消失過程。另外，這個地方我們注意到磁場的走向，扭轉到跟磁場的極性反變線完全平行的情形，這種情形在太陽物理上被稱為磁剪切。它孕育了大量的磁能，這是我們看到的，這是日冕物質拋射的情形，剛才我已經解釋過了。現在大家看到的是屬于雪花暴，那么大家看到這次從日冕物質到雪花暴發生，只有不到20分鐘的時間，大家注意到這次粒子拋射到地球的時間，可以用零點幾倍的光速粒子傳輸速度來解釋。所以這次爆發產生了高能粒子，粒子在短時間內被加速到相對論水平。現在我們回到另外一個問題，就是太陽活動對人類生存環境到底有什么影響。
大家看到這是我們的太陽，這是日冕物質拋射，太陽可以影響地球的氣候和天氣過程，可以影響地磁暴，可以影響農業，可以影響供電系統。那么幾類主要的空間活動，我給大家羅列一下，一個是電磁輻射，電磁輻射是通過耀斑X射線和紫外輻射，通過對電離層的影響，另外日冕物質拋射造成的高能粒子，它會把地球的磁層壓到地球同步軌道之內，增強地球的輻射帶，導致磁暴和磁亞暴，使得衛星受到損傷。那么本次太陽周以來，已經有兩個耗費兩億美金的衛星，因為日冕物質拋射被報廢，那么地磁暴可以影響供電系統的安全，極光的亞暴的電流，可直接影響宇航和航空的安全，包括危及宇航員和飛越極區乘客的安全。有的時候航空公司為了省錢，它經常把軌道設計得穿越極區，可穿越極區的時候，太陽爆發的時候，會使得乘客受到輻射性的污染，會對乘客的安全受到影響。那么地球同步軌道處的低能電子，它可以持續數天到數周，這種電子在空間物理上被稱為殺傷電子，它可以使衛星整個報廢。我們看看太陽通過粒子、磁場、輻射這三個不同的方式，影響我們地球的環境，大家看到這是模擬的一個日冕物質拋射的情形，快的日冕物質拋射大概兩天到達地球，如果慢的日冕物質拋射，要花四天半的時間到達地球。這是同步軌道處的衛星，這個衛星會在日冕物質拋射和高能粒子的轟擊下，甚至于造成衛星整個的失效。這是我們看到的磁層，地球的磁層對日冕物質拋射的響應過程，當日冕物質拋射過來的時候，它壓破磁層的磁層頂，大家看到壓破磁層頂，粒子會使得磁層受到損害，那么太陽風和太陽磁場能量會通過磁尾，來返到地球極區，造成了美麗的極光帶，這是大家知道的極光，極光是一種非常漂亮的現象，有的時候極光會影響地球。大家看到這是從空間觀測的北極光，我不知道同學地理知識怎么樣，大家能不能看到這是美國，這是美國各個州，大家看到極光整個影響了美國的很大一部分地區，包括美國的亞利桑那州，大家看到亞利桑那州被極光覆蓋，加利福尼亞州也被極光覆蓋。這是我們國家，我們國家只有最北部，漠河和中蒙邊界受到一點極光的影響，大家知道極光代表高能粒子，當看到極光影響的時候，大家就注意到，高能粒子穿透了這部分大氣，所以造成了中性大氣發光，這叫做極光。1989年3月份的太陽活動現象，第一次造成這種極光影響低緯度的情形，當時影響了美國。那么什么是極光？實際上極光就是地球輻射帶在極區的足點，這是在我們國家的南極中山站所觀測到美麗的極光，下面就是南極中山站，大家看到夜色中的南極中山站，是非常美麗，這是地球的輻射帶，輻射帶里有高能的電子和質子，輻射帶好像一個面包圈一樣，環繞著地球，它的足點正好是在地球的兩極。
當一個衛星在輻射帶里的時候，它會充電，大家看到它表面充電，充電多了之后會造成擊穿，衛星被擊穿之后，它的姿勢控制就改變了，姿勢控制改變它偏離了太陽，所以沒有太陽能，整個衛星變成一個死星，變成一個空中的垃圾。這個時候同學們的手機可能會出現麻煩，因為大家知道手機是通過衛星來傳輸的，那么整個這次太陽周一個日冕物質拋射的時候，使美國一個衛星整個失效，四千五百萬手機用戶受到損失。除了這個之外，變電系統由于地磁場迅速地變化，可以使得變電系統出現高壓脈沖，整個變壓器被燒掉，這時候會使得供電系統不能正常工作。我只想給大家介紹一下，1989年3月的空間天氣事件造成了什么危害，我希望大家注意，它使短波無線電通訊中斷了約兩周，這是1989年3月事件，短波通訊不能再進行，它使得LORAN的全球導航系統，在3月6號到13號無法正式導航，這樣你的遠洋巨輪會跟你的總部失去聯系，你會不知道你的遠洋巨輪在什么位置，美國海軍導航系統在全球范圍內失效，電離層在50MHz以下看不見，沒有電離層，所以嚴重損害了通訊和警察部門的無線電系統，那么空間觀測的VLBI系統出現了強的信號，這個信號不是真實的信號，GPS全球定位系統失效，然后加拿大的魁北克省全省停電9個小時，整個損失的美元是數以億計的美元損失掉。因為一個現代化的都市，9個小時停電是不可思議的。然后瑞典的中部電網不得不關閉，美國局部供電出現故障，東京電力公司變壓器被毀，美國核電站出現安全問題，澳大利亞輸油管道受損傷，大西洋和太平洋海底電纜出現高壓脈沖。
然后我想稍稍提到太陽物理中有很多重大的科學問題。其中比較有名的是中微子問題，大家知道太陽觀測的中微子，只是理論值的三分之一到二分之一。1968年以來，中微子的觀測，一直到1990年之后，加拿大和意大利的中微子觀測，都證實了這個結論。在歷史上大家知道，中國是最早有黑子記錄的國家，大家看到是公元前28年，關于太陽黑子的記錄，當時講“日出黃，有黑氣大如錢，居日中央”。然后到（20世紀）20年代，我們國家自然科學的先驅者高平子先生，這是他1925年手描的黑子記錄。這是我們國家的太陽磁場望遠鏡，這是艾國祥院士和他的同事對于中國太陽物理界、對中國的天文界所做出的巨大貢獻。
我們現在國家的重點基礎研究項目，叫做太陽劇烈活動空間災害天氣項目也正式立項，投入工作。相信中國這樣一個偉大的國家，應該在自然科學各個領域做出貢獻，包括在太陽物理界做出自己無愧于我們偉大國度和我們偉大民族的貢獻。
汪老師您好！非常感謝您給我們精彩的講座。我們從您的講座中也學到了很多豐富的天文知識，有關太陽的，可是您剛才講的是有關太陽的問題，只是給我們造成很大的危害，請問我們如何去防御好像您剛才沒講得太多，我想問一下這方面，能否給我們簡單介紹一下。
太陽不只是對大家造成很多危害，太陽這個特殊的環境和日地環境，孕育了我們人類本身和孕育了這種智慧的生命。所以我在開始講到了，沒有太陽的話，就沒有世界上的萬物，也沒有我們的地球環境，但是我們更希望了解，太陽可能在怎樣的程度上影響人類的生存、影響我們人類社會，這是因為人類越來越走向了空間這樣一個時代，所以人類對空間的依賴越來越重。但是你想，現在不只是說通訊、新聞媒介，包括大概銀行帳戶的支取，都通過衛星來實現，所以一旦衛星故障的時候，這種影響不可思議。那么怎么來解決它呢？首先我們要理解它，要知道它怎么發生的，只有理解它才能夠預報它，剛才有一位老師就是做太陽預報的，你理解它的物理你就能預報它，預報它了之后是不是人類有能力、有這么大能量來跟太陽抗衡，來解決它呢？顯然我們沒有這么大能力，但是我們可以解決問題，怎么解決問題呢？我們可以讓我們的衛星事先讓它休眠起來、關閉起來，不讓衛星的要害部件受到損傷，在歷史上就是這個太陽周，就有一次這樣的事件，由于預報得非常好，所以一些主要的衛星系統，就把它關閉起來、休眠起來，等太陽風暴過去之后，我們再把它打開，要不然一個耗資數億美元的衛星整個損傷掉了，這樣就很可怕，所以太陽預報問題變得非常重要，要預報它，你要了解它、你要研究它。
汪老師您好！我有一個問題，就是剛才在您的講座中，我注意到您講了很多太陽活動對人類的影響，這個影響好多是負面方面的，我想知道這個太陽活動有沒有說對人類的影響是正面的，或者對人類有利的因素。
我們知道太陽以自己的光熱，來孕育了人類社會，這就是所謂的太陽常數。太陽常數很穩定，在世紀內變化只有千分之一到千分之二，你的問題提出了一個非常重要的問題，就是說在宇宙當中，是否有其他的環境，那么這類活動現象，正好是人類可以容忍的程度，或者對人類的發育生長正好有利的程度，現在我們注意到的太陽活動，還沒有人注意到，說太陽活動哪些會是有利的方面，這個顯然是有的，比如太陽活動，它通過太陽活動把高能粒子帶了過來，高能粒子又通過磁尾到了極區，這些高能粒子對地球的光化學過程，各方面過程有沒有影響，它是否也是電離層本身運轉的必須的一部分能源，才使電離層能夠存在，很值得琢磨的就是電離層，電離層是什么層次呢？它是整個中性大氣被電離了這樣一個層次，如果沒有太陽X射線和紫外輻射，有電離層嗎？可能沒有電離層，那么短波無線電通訊怎么做呢？你們是學無線電的就知道了，短波無線通訊跟長波不一樣，長波通過地面傳播，大氣、海洋哪都能傳播，它波長很長，它可以繞過所有的建筑物，可是短波無線通訊，包括電視信號，有的時候它波長非常短，它見硬就回，它必須通過電離層，它傳到電離層反射過來。所以每個電臺的短波無線電，它的頻率都是設計好的，根據它電離層的模型，所以我猜想，正面影響一定是有的，包括我們電離層，要不就沒有電離層，沒有電離層，有沒有臭氧層也不知道，臭氧層也是因為氧原子又加了一個離子，變成臭氧的程度，有了臭氧層，我們遮蓋了、阻斷了太陽紫外輻射對人類直接轟擊這樣一種危險。所以無論如何太陽這種變化，它這種周期性的變化，一定調制了地球的總體環境，而這個總體環境是適合人生存的，所以我覺得你的問題問得非常聰明，也非常重要，我覺得太陽物理學家值得考慮，不要只討論太陽活動有災難性的影響，還要討論太陽活動是否給人類一個允許的范圍，讓這個范圍內智慧的生命可以生長，這對人類地外可居住性，對人類思考將來哪樣一個環境能有智慧生命非常重要，現在這方面天文研究非?；钴S，人們在尋找在太陽系外，有沒有行星系統，有沒有跟太陽系一樣的系統，有沒有跟地球一樣的藍色的行星。
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