地球熱浪滾滾，太陽究竟該不該負(fù)責(zé)

在剛剛結(jié)束的夏季，滾滾熱浪席卷全球多地，我國一些省份也酷熱難耐。眾所周知，地球的光和熱都源于太陽，而隨著太陽活動逐漸劇烈起來，太陽爆發(fā)現(xiàn)象也越來越頻繁。那么太陽應(yīng)該為最近炙烤大家的熱浪負(fù)責(zé)嗎？太陽活動對航天器都有哪些影響？航天員和地面科研人員要如何應(yīng)對呢？

熱浪讓太陽“背黑鍋”

如果大家使用加裝濾光片的望遠(yuǎn)鏡觀察太陽，就會發(fā)現(xiàn)太陽表面有時會出現(xiàn)一些黑色斑點(diǎn)，那便是太陽黑子，也就是太陽的強(qiáng)磁場聚集區(qū)。據(jù)估算，太陽黑子所在的磁場強(qiáng)度大約是地球磁場強(qiáng)度的數(shù)千倍。

太陽黑子

太陽黑子的數(shù)量是太陽活動程度的標(biāo)志。日面上黑子越多，就意味著太陽表面存在著越多的復(fù)雜磁場結(jié)構(gòu)，爆發(fā)太陽風(fēng)暴的可能性就越大。

19世紀(jì)中葉，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了太陽黑子數(shù)量的變化規(guī)律：在11年周期中，黑子先增多，之后逐漸減少，最終回到周期開始時的水平。根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，天文學(xué)家將1755年定為第一個太陽活動周期的起始年份。

當(dāng)然，太陽活動周期不是嚴(yán)格的11年，可能稍長或稍短。例如，從1996年8月到2008年12月的第23個太陽活動周期持續(xù)了12.3年，而之前的第22個太陽活動周期僅持續(xù)了9.9年。

目前，我們正處于第25個太陽活動周期的上升期：經(jīng)歷了2019年前后的“沉寂”，太陽已經(jīng)重新活躍起來，黑子開始在太陽表面上“成群結(jié)隊”出現(xiàn)。

然而，這并不意味著太陽應(yīng)該為最近的地球熱浪負(fù)責(zé)。

實際上，太陽向外放射的可見光、紅外波段的電磁波所承載的能量，都屬于電磁輻射的范疇，輸出相當(dāng)穩(wěn)定，所以大家曬太陽不必?fù)?dān)心突然“爆燃”。人類長期在地球附近進(jìn)行的測量表明，太陽的輻射功率在太陽活動“高峰”和“低谷”的差距僅為0.1%左右。

雖然太陽耀斑、日冕物質(zhì)拋射等現(xiàn)象在太陽活動高潮期間爆發(fā)更頻繁，極紫外、X射線等波段的輻射也顯著增強(qiáng)，但太陽的大部分輻射能量由功率比較穩(wěn)定的可見光、紅外等波段承載，基本不隨太陽活動變化而劇變，因此近期地球極端天氣還要從地球大氣內(nèi)部多找原因。

3支“箭”射向地球

雖然太陽不必為地球上的滾滾熱浪“背黑鍋”，但太陽爆發(fā)活動卻會通過其他的途徑對人類活動產(chǎn)生影響。

太陽黑子之上存在著復(fù)雜的磁場結(jié)構(gòu)。磁場在太陽光球運(yùn)動的作用下不斷積累能量，好像是弓箭手拉緊弓弦。當(dāng)能量累積到一定程度時，就會突然釋放，形成太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射，將太陽表面大量物質(zhì)和能量像離弦的箭一樣射向太空中。

具體來說，劇烈的太陽爆發(fā)會向太空中射出3支“箭”。

第一支“箭”是強(qiáng)電磁波，以光速飛行，在太陽風(fēng)暴爆發(fā)8分鐘后可能打擊地球，引起地球電離層和中高層大氣的異常變化。

第二支“箭”是太陽耀斑產(chǎn)生的高能帶電粒子，可能在太陽風(fēng)暴爆發(fā)幾十分鐘后打擊地球。它們蘊(yùn)含的能量足以穿透航天器的保護(hù)層，干擾航天器的電子元器件正常工作。

第三支“箭”飛得沒那么快，給了地球 1～4天“喘息時間”，隨之而來的是每秒奔馳數(shù)千公里的日冕物質(zhì)及其攜帶的日冕磁場。要知道，這些物質(zhì)中的單個粒子的能量不如第二支“箭”那么強(qiáng)，但攜帶的日冕磁場像“鑰匙”，可以“連接”地球磁層頂端，打開地球的“護(hù)甲”，將物質(zhì)和能量源源不斷地輸入到地球磁場中，觸發(fā)整個地球磁場的劇烈擾動，也就是地磁暴。

2003年10月至11月的超強(qiáng)太陽風(fēng)暴期間，日本對地觀測衛(wèi)星ADEOS-2與地面失聯(lián)后報廢，更遙遠(yuǎn)的火星奧德賽號探測器上的1個科學(xué)載荷也意外停止工作，無法恢復(fù)。后來調(diào)查發(fā)現(xiàn)，造成這些意外的“元兇”就是太陽風(fēng)暴產(chǎn)生的高能粒子。

高能帶電粒子通過轟擊電子器件，有可能改變器件中的信息，造成設(shè)備運(yùn)行異常，迫使控制航天器一舉一動的計算機(jī)死機(jī)，甚至徹底毀壞。所以航天器設(shè)計之初就要嚴(yán)格確保抗輻照能力、電磁防護(hù)性等指標(biāo)。

“飛天達(dá)人”要小心

相比飛船和空間站等航天器經(jīng)特殊處理的防護(hù)外殼，航天員在出艙活動時僅僅穿著艙外航天服，保護(hù)措施有限。如果航天員沒看好天氣預(yù)報，選擇在空間天氣惡劣期間出艙行走，身體將面臨劇烈輻射“沖擊”，可能遭遇傷害，甚至威脅生命。

因此，近地軌道的航天員選擇出艙活動時機(jī)，必須避開地球受到太陽風(fēng)暴顯著影響的時間段。預(yù)計將迎來極其強(qiáng)烈的太陽風(fēng)暴時，空間站上的航天員有可能還要轉(zhuǎn)移到防護(hù)性能更好的艙段中躲避。

不過，航天員在堅固的空間站里也不是高枕無憂的。不計其數(shù)的微小天體撞擊有可能破壞空間站防護(hù)外殼，不經(jīng)意而來的輻射也可能威脅空間站內(nèi)部，航天員飛天前就要準(zhǔn)備好應(yīng)急預(yù)案。

眾所周知，地球大氣密度隨著高度增加而迅速減小，在近地軌道數(shù)百公里的高度上，大氣已經(jīng)相當(dāng)稀薄。但是，對于高速運(yùn)動的航天器來說，這里的大氣阻力仍然是不可忽視的，更何況太陽的強(qiáng)電磁輻射和地磁暴都會引起軌道上大氣密度提升。

1973年，當(dāng)美國首個空間站“天空實驗室”開始在太空中運(yùn)行時，科學(xué)家預(yù)計它能在軌工作10年。然而，由于太陽活動比預(yù)期的情況更強(qiáng)烈，“天空實驗室”所受阻力超出預(yù)期，軌道不斷下降，1979年7月最終墜入地球大氣層，提前結(jié)束了使命。

美國“天空實驗室”

總之，最近很多地方異?？釤?，并不是太陽活動增強(qiáng)導(dǎo)致的，但由太陽活動引發(fā)的空間天氣變化會對航天技術(shù)系統(tǒng)和日常生活多方面產(chǎn)生顯著影響，值得人們?nèi)リP(guān)注、研究，并采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施。