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全球观热点：地球热浪滚滚，太阳该负责吗？

来源：科普中国

最近，滚滚热浪席卷全球多地，我国一些省份也酷热难耐。众所周知，地球的光和热都源于太阳，而随着太阳活动逐渐剧烈起来，太阳爆发现象也越来越频繁。那么太阳应该为最近炙烤大家的热浪负责吗？太阳活动对航天器都有哪些影响？航天员和地面科研人员要如何应对呢？

热浪让太阳“背黑锅”


(资料图片仅供参考)

如果大家使用加装滤光片的望远镜观察太阳，就会发现太阳表面有时会出现一些黑色斑点，那便是太阳黑子，也就是太阳的强磁场聚集区。据估算，太阳黑子所在的磁场强度大约是地球磁场强度的数千倍。

太阳黑子

太阳黑子的数量是太阳活动程度的标志。日面上黑子越多，就意味着太阳表面存在着越多的复杂磁场结构，爆发太阳风暴的可能性就越大。

19世纪中叶，天文学家发现了太阳黑子数量的变化规律：在11年周期中，黑子先增多，之后逐渐减少，最终回到周期开始时的水平。根据历史数据，天文学家将1755年定为第一个太阳活动周期的起始年份。

当然，太阳活动周期不是严格的11年，可能稍长或稍短。例如，从1996年8月到2008年12月的第23个太阳活动周期持续了12.3年，而之前的第22个太阳活动周期仅持续了9.9年。

目前，我们正处于第25个太阳活动周期的上升期：经历了2019年前后的“沉寂”，太阳已经重新活跃起来，黑子开始在太阳表面上“成群结队”出现。

然而，这并不意味着太阳应该为最近的地球热浪负责。

实际上，太阳向外放射的可见光、红外波段的电磁波所承载的能量，都属于电磁辐射的范畴，输出相当稳定，所以大家晒太阳不必担心突然“爆燃”。人类长期在地球附近进行的测量表明，太阳的辐射功率在太阳活动“高峰”和“低谷”的差距仅为0.1%左右。

虽然太阳耀斑、日冕物质抛射等现象在太阳活动高潮期间爆发更频繁，极紫外、X射线等波段的辐射也显著增强，但太阳的大部分辐射能量由功率比较稳定的可见光、红外等波段承载，基本不随太阳活动变化而剧变，因此近期地球极端天气还要从地球大气内部多找原因。

3****支“箭”射向地球

虽然太阳不必为地球上的滚滚热浪“背黑锅”，但太阳爆发活动却会通过其他的途径对人类活动产生影响。

太阳黑子之上存在着复杂的磁场结构。磁场在太阳光球运动的作用下不断积累能量，好像是弓箭手拉紧弓弦。当能量累积到一定程度时，就会突然释放，形成太阳耀斑和日冕物质抛射，将太阳表面大量物质和能量像离弦的箭一样射向太空中。

具体来说，剧烈的太阳爆发会向太空中射出3支“箭”。

第一支“箭”是强电磁波，以光速飞行，在太阳风暴爆发8分钟后可能打击地球，引起地球电离层和中高层大气的异常变化。

第二支“箭”是太阳耀斑产生的高能带电粒子，可能在太阳风暴爆发几十分钟后打击地球。它们蕴含的能量足以穿透航天器的保护层，干扰航天器的电子元器件正常工作。

第三支“箭”飞得没那么快，给了地球 1～4天“喘息时间”，随之而来的是每秒奔驰数千公里的日冕物质及其携带的日冕磁场。要知道，这些物质中的单个粒子的能量不如第二支“箭”那么强，但携带的日冕磁场像“钥匙”，可以“连接”地球磁层顶端，打开地球的“护甲”，将物质和能量源源不断地输入到地球磁场中，触发整个地球磁场的剧烈扰动，也就是地磁暴。

2003年10月至11月的超强太阳风暴期间，日本对地观测卫星ADEOS-2与地面失联后报废，更遥远的火星奥德赛号探测器上的1个科学载荷也意外停止工作，无法恢复。后来调查发现，造成这些意外的“元凶”就是太阳风暴产生的高能粒子。

高能带电粒子通过轰击电子器件，有可能改变器件中的信息，造成设备运行异常，迫使控制航天器一举一动的计算机死机，甚至彻底毁坏。所以航天器设计之初就要严格确保抗辐照能力、电磁防护性等指标。

“飞天达人”要小心

相比飞船和空间站等航天器经特殊处理的防护外壳，航天员在出舱活动时仅仅穿着舱外航天服，保护措施有限。如果航天员没看好天气预报，选择在空间天气恶劣期间出舱行走，身体将面临剧烈辐射“冲击”，可能遭遇伤害，甚至威胁生命。

因此，近地轨道的航天员选择出舱活动时机，必须避开地球受到太阳风暴显著影响的时间段。预计将迎来极其强烈的太阳风暴时，空间站上的航天员有可能还要转移到防护性能更好的舱段中躲避。

不过，航天员在坚固的空间站里也不是高枕无忧的。不计其数的微小天体撞击有可能破坏空间站防护外壳，不经意而来的辐射也可能威胁空间站内部，航天员飞天前就要准备好应急预案。

众所周知，地球大气密度随着高度增加而迅速减小，在近地轨道数百公里的高度上，大气已经相当稀薄。但是，对于高速运动的航天器来说，这里的大气阻力仍然是不可忽视的，更何况太阳的强电磁辐射和地磁暴都会引起轨道上大气密度提升。

1973年，当美国首个空间站“天空实验室”开始在太空中运行时，科学家预计它能在轨工作10年。然而，由于太阳活动比预期的情况更强烈，“天空实验室”所受阻力超出预期，轨道不断下降，1979年7月最终坠入地球大气层，提前结束了使命。

美国“天空实验室”

总之，最近很多地方异常酷热，并不是太阳活动增强导致的，但由太阳活动引发的空间天气变化会对航天技术系统和日常生活多方面产生显著影响，值得人们去关注、研究，并采取适当的预防措施。

关键词： 太阳活动 太阳风暴 太阳黑子

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