太陽“一磁兩暴”，主宰地球的“太空命運(yùn)”

太陽是太陽系的核心，質(zhì)量約為地球質(zhì)量的33萬倍，直徑約139.2萬千米，相當(dāng)于地球直徑的109倍。太陽的內(nèi)部蘊(yùn)含著超乎想象的能量，時刻進(jìn)行著劇烈的核聚變反應(yīng)，像一個永不熄滅的超級大火爐，源源不斷地向四周輻射光和熱。它的“一磁兩暴”現(xiàn)象長期以來吸引著科學(xué)家們的關(guān)注。

什么是“一磁兩暴”？

“一磁兩暴”指的是與太陽緊密關(guān)聯(lián)的太陽磁場、太陽耀斑、日冕物質(zhì)拋射三種現(xiàn)象。

中國于2021年發(fā)射的“羲和號”檢測到的太陽耀斑爆發(fā)畫面

（一）太陽磁場

太陽磁場宛如一張無形卻極其強(qiáng)大的“磁力蜘蛛網(wǎng)”，從太陽熾熱的核心一直延伸到遙遠(yuǎn)的日冕層，密密麻麻地布滿了整個太陽。這是因為太陽內(nèi)部是高溫的等離子體，這些帶電粒子在太陽的快速自轉(zhuǎn)以及不同緯度自轉(zhuǎn)速度差異（稱為較差自轉(zhuǎn)）的作用下，產(chǎn)生了復(fù)雜的電流，進(jìn)而造成了超強(qiáng)的磁場，磁場牢牢約束著太陽內(nèi)部物質(zhì)的運(yùn)動，左右著太陽能量的流向。

近年來，科學(xué)家們開展了一系列與太陽磁場相關(guān)的精妙實驗。例如，利用太陽表面的震動波在穿越不同磁場強(qiáng)度區(qū)域時發(fā)生的變化，探測到太陽內(nèi)部深處磁場的大致分布。研究發(fā)現(xiàn)，太陽內(nèi)部的磁場并非均勻分布，而是強(qiáng)度和方向各異，這為理解太陽磁場的起源與演化提供了關(guān)鍵線索。

（二）太陽耀斑

太陽耀斑爆發(fā)，就像是太陽表面突然被點(diǎn)燃了無數(shù)顆巨型“核彈”，瞬間釋放出超強(qiáng)的光、熱以及各種高能輻射，光芒在特定波段甚至遠(yuǎn)超太陽平時的亮度數(shù)千倍。一場劇烈的大耀斑(其大小一般分為幾個級別)爆發(fā)，其能量相當(dāng)于數(shù)十億顆原子彈同時爆炸，所產(chǎn)生的高能粒子流以接近光速的速度向宇宙空間噴射而出。這些粒子流如果沖擊到地球，會對地球的高層大氣、電離層等造成嚴(yán)重擾動，進(jìn)而影響衛(wèi)星通信、導(dǎo)航等系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

（三）日冕物質(zhì)拋射

日冕物質(zhì)拋射像是太陽打了個“噴嚏”，在太陽磁場的復(fù)雜變化過程中，位于太陽最外層的日冕層中，大量高溫、高速的等離子體，裹挾著磁場（專業(yè)術(shù)語稱為“凍結(jié)”磁場）能量，迅猛地從太陽表面噴向浩瀚宇宙。這些拋射物質(zhì)一旦朝著地球方向襲來，就會像洶涌的海浪沖擊海岸一樣，沖擊地球磁場，引發(fā)地磁暴。此時，地球的磁場線會劇烈扭曲，衛(wèi)星軌道紊亂，無線電短波通信信號中斷，地面電力傳輸網(wǎng)絡(luò)也可能遭受破壞，給人類的生活帶來諸多麻煩。

“一磁兩暴”現(xiàn)象是怎么出現(xiàn)的呢？

想要了解“一磁兩暴”現(xiàn)象，就不得不說說磁重聯(lián)現(xiàn)象了。在某些特定條件下，比如太陽內(nèi)部劇烈的對流運(yùn)動、不同區(qū)域磁場的相互擠壓等，原本有序的磁力線會被拉伸、扭曲到極致，進(jìn)而發(fā)生斷裂與重新連接，這便是磁重聯(lián)。它在太陽 “一磁兩暴”的連鎖反應(yīng)里扮演著核心角色。

太陽磁場本是連續(xù)分布、錯綜復(fù)雜的磁力線交織而成，當(dāng)太陽磁場發(fā)生復(fù)雜的磁重聯(lián)現(xiàn)象時，大量的磁場能在瞬間轉(zhuǎn)化為熱能、輻射能，觸發(fā)太陽耀斑的猛烈爆發(fā)。而耀斑爆發(fā)產(chǎn)生的強(qiáng)大沖擊，又會進(jìn)一步擾亂太陽磁場，使得日冕物質(zhì)拋射更容易發(fā)生。在日冕物質(zhì)拋射過程中，磁場結(jié)構(gòu)的扭曲、斷裂推動等離子體克服太陽引力的束縛，高速噴射向宇宙。當(dāng)這些攜帶強(qiáng)大磁場的拋射物質(zhì)以高速與地球磁場相遇時，便引發(fā)了地球的地磁暴，環(huán)環(huán)相扣，展示了太陽活動的復(fù)雜性和神奇魅力。

“夸父一號”衛(wèi)星示意圖

探索“一磁兩暴”：神奇的“夸父一號”

人類對太陽 “一磁兩暴”的探索之路漫長而艱辛。早期，科學(xué)家們只能依靠地面觀測站，使用簡陋的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡和射電望遠(yuǎn)鏡，試圖捕捉太陽活動的蛛絲馬跡。然而，地球大氣層不僅遮擋了部分太陽光線，還對觀測造成了嚴(yán)重干擾，使得觀測數(shù)據(jù)有限且模糊不清?？茖W(xué)家們只能從這些殘缺不全的信息中，艱難地推測“一磁兩暴”的存在。

隨著航天技術(shù)的飛速發(fā)展，人類開啟了太空觀測太陽的新紀(jì)元。2022年10月9日上午，我國綜合性太陽探測衛(wèi)星“夸父一號”成功發(fā)射，其設(shè)計壽命不少于4年，可以基本覆蓋太陽峰年的極大期?！翱涓敢惶枴奔缲?fù)著近距離、高精度觀測太陽的重任，它沖破地球大氣層的束縛，直面太陽的熾熱光芒。為了準(zhǔn)確觀測太陽的 “一磁兩暴”，“夸父一號”配備了多種先進(jìn)的科學(xué)儀器，捕捉太陽表面最細(xì)微的變化，從超強(qiáng)耀斑爆發(fā)時的光芒閃爍，到白光耀斑那罕見而神秘的白光釋放，“夸父一號”都一一記錄在案，為人類深入了解 “一磁兩暴” 提供了大量珍貴的數(shù)據(jù)。

“夸父一號”衛(wèi)星實拍的太陽

在“一磁兩暴”的探索中，我們首次捕捉到了一些特殊耀斑爆發(fā)的精細(xì)細(xì)節(jié)，精確測量了日冕物質(zhì)拋射的關(guān)鍵參數(shù)，比如拋射物質(zhì)的速度、質(zhì)量、磁場強(qiáng)度等，這讓我們對 “一磁兩暴” 的認(rèn)知達(dá)到了一個新的高度。

從空間天氣預(yù)報的角度來看，這些成果意義非凡?？茖W(xué)家們可以依據(jù)對“一磁兩暴”規(guī)律的精準(zhǔn)掌握，提前數(shù)小時甚至數(shù)天預(yù)警太陽活動對衛(wèi)星通信、導(dǎo)航系統(tǒng)、空間站運(yùn)行以及地面電力傳輸?shù)雀呖萍荚O(shè)施的潛在危害。例如，當(dāng)預(yù)測到即將有強(qiáng)烈的日冕物質(zhì)拋射沖擊地球時，衛(wèi)星運(yùn)營商可以提前調(diào)整衛(wèi)星軌道，避免碰撞風(fēng)險；地面電力部門能夠采取防護(hù)措施，防止輸電電網(wǎng)變壓器因地磁暴引發(fā)的感應(yīng)電流而受損。這些預(yù)警措施有效地保障了全球信息通信、航天探索等領(lǐng)域的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

在深入理解太陽活動與地球氣候變化的關(guān)系方面，新的發(fā)現(xiàn)也不斷涌現(xiàn)?！耙淮艃杀币l(fā)的太陽輻射變化、高能粒子沉降等過程，可能會對地球的大氣環(huán)流、云層形成、海洋溫度等產(chǎn)生長期影響。雖然目前這一關(guān)系還存在諸多未知，但這些發(fā)現(xiàn)為人類應(yīng)對氣候變化戰(zhàn)略提供了新的思考方向，或許太陽活動就是解開氣候變化謎題的一把重要鑰匙。

新的探索，新的方向

人類對太陽 “一磁兩暴”的行動腳步從未停歇，未來，我們會朝著更高分辨率觀測、更深入物理機(jī)制解析、更長時間序列監(jiān)測等方向積極奮力邁進(jìn)。探索太陽 “一磁兩暴”，不僅僅是滿足人類的好奇心，更是為了拓展宇宙認(rèn)知邊界，開啟新能源利用思路?；蛟S在不久的將來，我們能夠借鑒太陽核聚變的原理，開發(fā)出清潔、高效的新能源，為地球的可持續(xù)發(fā)展注入強(qiáng)大動力。讓我們共同期待那一天的早日到來，也希望更多的青少年能夠投身于科學(xué)探索的偉大事業(yè)，一起追尋宇宙的真理之光。

部分信息來源于:央視網(wǎng)、中國新聞網(wǎng)等

（科學(xué)性審核：李良，中國空間學(xué)會科普與教育委員會委員）

本文來自： 中國數(shù)字科技館

責(zé)任編輯：王磊