黄永义
太阳活动对地球环境和灾害的影响及其预报
2016-5-14 23:27
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标签:预报, 太阳活动, 防灾

黄永义   黄才人   黄兴国

摘要 现代社会对高新科技设施的依赖日益加深,而太阳活动却又对地球空间环境构成危害。为保护地球空间环境,应监测太阳黑子群,其上空出现碎白点即日冕喷射;出现白色闪光即耀斑爆发。若日冕喷射在前,耀斑爆发随后,又面向地球,便可以判定其有可能冲击地球表面造成灾害。因带电粒子到地球需18个小时,以日冕喷射计时,结合地球自转和地球24个时区的划分;再以日冕喷射时太阳直射时区为起点,按地球自转向后顺延18个时区,顺延时区与相邻两个时区中高纬度的陆地表面,便是带电粒子来袭成灾区。测定后尽快发布预报,力争有效防范尽量减少损失。

关键词  保护地球空间环境   太阳活动   预报    

引言

太阳活动喷射的高速带电粒子流若冲击地球磁场,就影响地球空间环境并造成灾害。使得短波无线电通讯中断、损坏卫星电子线路、威胁航天员安全、导致供电系统瘫痪、大范围停电又可引起炼油设备爆炸等多方面的灾害。而现代社会越来越依赖这些高新科技设施,面对突发的灾害性太阳活动,这些现代设施竟然如此脆弱。由于很多人已经亲眼见识过太阳风暴危害的严重后果,因而引起了全世界高度关注,美国航空航天局牵头开展太阳活动研究;英国内阁办公室也发布最新《民事应急国家风险名单》,首次认定太阳风暴等严酷太空天气为国家安全威胁之一。

我国高度重视太阳活动对地球环境和灾害造成的影响,《国家中长期科学和技术发展规划纲要》及《国家基础研究发展十二五专项规划》都将太阳活动对地球环境和灾害的影响及其预报列为主要研究方向之一。,我国为了对太阳活动进行监测,己在怀柔、南京、云南等处建有太阳活动监测站,以往曾经准备实施“夸父”计划,发射三颗卫星监测太阳风暴,因与外国合作出了问题而未实施。

由于太阳风暴随时都有可能发生,对现代高新科技设施的危害最为明显,因此人们将它戏称为“现代病”。面对这一新的自然灾害,全世界都深感陌生。虽然通过不懈努力,取得了某些进展。但是对太阳风暴的来龙去脉尚不清楚;对它的危害原理尚是揣测;对它的危害细节若明若暗。以至于在加拿大魁北克省供电设施遭袭;美国缅因州核电厂遭破坏时束手无策。目前还没有一种人为的方法能够抵挡太阳风暴的危害。当前能够做的工作就是较准确的预报并做好防范。

根据全球共享太阳活动监测网实时监测的动态图像数据;参考50年来天文卫星拍摄的太阳活动实况;结合历次太阳活动对地球环境构成影响及造成灾害的记录,分析评估当次太阳活动对地球环境危害的强弱,做好预报并提供防范参考,以保障高新科技设施的正常运转,尽最大可能减轻或避免太阳活动造成的灾害。

 

1,从实际出发认识太阳活动的相关细节

面对太阳活动影响地球环境并造成危害,只有实事求是地去认识它,才能逐步提高预报的准确率,才能采取有效防范措施,以达到保护环境防灾减灾的目的。而从实际出发,就是从人们已经观测到、天文卫星拍摄及探测到、经过实验已经证实、古往今来采用过的生产工艺等多方面事实重新审视每一个细节。摒弃以前某些无根据的猜想,立实,立诚,去伪。天文卫星拍摄到太阳耀斑爆发的起因:深度撞击卫星拍摄到坦普尔1号彗星由冰、石块、尘埃组成。太阳动力学观测卫星SDO拍摄到彗星撞入太阳,彗星的冰在太阳上的高温中融化成水解体散开。日出卫星和日地关系观测卫星拍摄到彗星的冰融化成水,彗星尘埃飘浮在水上成为太阳黑子,黑子下电解水耗电量大,引起其它高电压区域的电向电解水区域流动形成电流。由于电不流动时显现电场,而电若流动既显现电场又显现磁场。黑子上出现磁斑及磁力线重排现象,是电流正在向黑子下面电解水处流动的证据,又是电流正在黑子下进行电解水的证明。冰化水处在太阳上超高温强电压下的电解2H2O=(超高温强电压)2H2↑+O2↑析出的氢气混有氧气及少量其它杂气触火即猛烈爆炸形成太阳耀斑爆发。1899年,美国科学家霍尔发明太阳摄谱仪,用摄谱仪拍摄的太阳照片已分辨出耀斑爆发的光谱是氢的光谱,就是电解水析出氢气爆炸的证据。

 





太阳及日光层卫星拍摄到日冕物质抛射的起因:彗星撞入太阳后它的冰融化成水散开,它的石块、尘埃、杂质也一起随水散开形成太阳黑子,有的黑子的直径长度比10个地球的直径加起来还要长得多,这么大的黑子物质在太阳上炽热的高温中,因缺氧没有通过燃烧便直接转化为碳化的气态物质上升到日冕,在日冕空间形成近万立方干米的气态碳化物分子团,这样的气态碳化物分子团在日冕高温中触火,即引起气态碳化物分子团爆炸性燃烧冲出日冕形成物质抛射。


 

 

日冕物质抛射的物理奥秘,可以用我国古代建筑材料发明家老君发明的青砖烧制工艺揭开:该工艺是将立式土窑内的粘土砖烧的通红发亮,即封闭窑门及窑顶,下面只留添柴门,上面只留冒气眼。这时将柴填入窑内,柴在炽热的高温中因缺氧没有经过燃烧就直接转化为气态碳化物,届时柴的气态碳化物的碳分子充满全窑,在高温环境中逐步渗入火红透亮的粘土砖与粘土结合,若是柴的气态碳化物的碳分子与全部砖内粘土充分结合,多余的柴的气态碳化物便会从顶眼冒出,这时可以用火去点顶眼冒出的烟气,即柴的气态碳化物检验,若点不燃表明柴的气态碳化物与砖的粘土仍处在结合之中;若点燃就平静的燃烧表明窑内碳分子与粘土在高温中结合过程已经完成,多余的柴的气态碳化物冒出是可燃烧气体,因而一点就燃。

经过该工艺处理的青砖,抗风化、耐粉蚀经久耐用,我国各地保存的古代建筑用的青砖至今完好无损就是证据。看来,这正是我国古代发明的青砖烧制工艺揭开了太阳黑子物质的气态碳化物上升到日冕,若触火即爆炸性燃烧,形成日冕物质抛射的物理奥秘。

2太阳活动对高新科技设施的几种危害

以上对太阳活动的起因、太阳带电粒子流的生成及地球磁场,有了一个从实际出发的认识和理解。这有助于查清太阳活动对地球环境和灾害构成影响的来龙去脉;有助于针对发生的当次太阳活动,依据监测具体分析评估发布预报,区别不同情况采取防范措施,把损失降到最低。

太阳活动对高新科技设施构成影响的因子有:黑子、光斑、谱斑、日珥、耀斑、日冕物质抛射,其中最突出的是耀斑和日冕物质抛射。如1989年3月13至14日,当日冕近万立方千米的碳化物气团遇火速燃冲出日冕,正好引爆黑子下电解水析出的混杂氢气爆炸,爆炸能量超过100亿枚百万吨级氢弹爆炸总能量,该爆炸恰好给日冕抛射的带电粒子加速,使带电粒子流向行星际冲击的速度加快约3倍,并且正对着地球冲来。

太阳喷射的高速带电粒子流是否正对着地球,抵达地球磁场时它的能量还有多大,这是对地球环境构成危害的决定因素。本来地球磁场的带电粒子与地球同步运动,处于相对静止状态没有能量。经过实验证实:携有能量的太阳带电粒子流冲击可使地球磁场的带电粒子获得能量,不过二者碰撞后的混合能量依其不同碰撞位置的具体情形而不尽相同。比如:太阳的带电粒子流从高纬度磁力线弧线到地面,经过长达16000千米的与地球磁力线摩擦生电,致使带电粒子流携带的电量越过越足,电压越过越高。例如1989年3月那次,到达地面的带电粒子流就有一部分击中加拿大魁北克省和美国新泽西州,瞬间使该处近地空间充满饱和电流,电压骤升,该地电网恰好成了这些电流的输送导线,带电粒子流携带的强大电流触及这些导线便会远距离烧毁变电设备并且连带电网损毁,造成供电系统瘫痪。另外冲入高纬度大气层的大部分带电粒子流与磁力线碰撞摩擦发出电火花,电火花引起紧贴它的空气共燃,就会出现电光与氮气燃烧光和氧气燃烧光交织在一起形成极光,极光被太阳风阵发性的吹动及空气扰动耗散形成多种形状,五颜六色非常好看。这种电火花引起氮气共燃已有从雷电降水中检出氮元素,说明雷电闪光燃烧氮气,这是极光的电火花燃烧氮气的证据。冲入地球中低纬度的太阳带电粒子流与地球磁场的第一条磁力线环带中的带电粒子碰撞摩擦后,两类带电粒子都运动起来能量增加约4.8% ,其中带正电荷的质子吸引带负电荷的电子;而带负电荷的电子又吸引带正电的质子,这显示出地球磁场的带电粒子按磁力线有序排列时显现磁场,而带电粒子运动起来就扰乱了磁力线的有序排列,既不像电场又不像磁场,这种磁暴的骚动使指南针的磁针颤动无法指示方向;由于处在运动中的带电粒子异性相吸,导致无线电的电波被吸收消失。如1989年3月那次,就造成无线电短波通讯中断一个多小时,雷达也不能工作。第一次碰撞后两类带电粒子继续向地球运动,又与第二条磁力线环带的带电粒子碰撞,碰撞促使带电粒子都运动起来能量增加约2.6%。这时带电粒子已进入较密的大气,随着空气密度增加,耗散增多阻力增大,带电粒子的能量渐渐减小。与高速带电粒子流同时冲击地球磁场的还有紫外线、X射线、伽马射线,对载人航天器和空间站的宇航员安全构成威胁。同时,高速带电粒子流和高能射线的共同冲击可损坏全球定位系统GPS、卫星通讯系统、科学实验卫星、载人航天器、空间站等,除此之外,还可破坏臭氧层。

 

3,监测及预报

监测采用全球共享SOHO卫星监测太阳黑子的活动实况资料;兼用巴德膜太阳望远镜监测太阳黑子活动的自动摄像资料,从中对比筛选出:日冕喷射在前;耀斑爆发随后;面向地球冲来,若这三种活动依序出现即可危害地球表面。如果这三种活动缺少其中任何一种,就不会危害地球表面而只会影响空间。整理事实研究出防范带电粒子危害地球表面的测报步骤如下:

1监测太阳上的大型和中型黑子群。2,当黑子群上空出现碎白点现象即是日冕喷射。3,当黑子群中出现白色闪光现象即是耀斑爆发。4,当遇到日冕喷射在前,耀斑爆发随后,其喷射的带电粒子又是面向地球冲来,便可以识别判断这种带电粒子极有可能冲击地球表面并造成危害5,由于耀斑爆发的带电粒子猛推日冕喷射的带电粒子,促使其时速接近833万千米,向地球冲来到达地球大约需18个小时左右。6,以日冕喷射为计时起点,记准日冕喷射的开始时间。7,结合地球自转和地球24个时区的划分,从日冕喷射时太阳直射在地球上的某时区为起点,再按地球自转向后顺延18个时区,顺延的时区及与其相邻两个时区的中高纬度陆地表面,便是带电粒子来袭成灾区域。8,预测出危害成灾位置之后,及时发布预报或者警报,力争有效防范,尽量减少损失。

4,实测预报检验

以上的测报法,之后又将这种测报法拿到2005年1月20日的那次检,当时监测到日冕喷射与耀斑爆发同时发生,并且面向地球冲来。即结合地球自转和地球24个时区的划分,从发生时的对应时区按地球自转向后顺延18个时区,预测出第二天1时抵达时区是阿拉斯加至南极。根据事先安排在美洲小组的跟踪监测确认,太阳带电粒子冲击区域在阿拉斯加的南部,和我们预测的区域基本吻合。证实该测报法预测太阳活动危害地球表面的成灾位置是可行的和有效的


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