预报进展——像预报下雨一样预报太阳风暴？

“如果能提前——哪怕是一个小时——预报太阳风暴的到来并加以警告，人类受太阳风暴影响而造成的损害就能降低到尽可能低的程度。”科学家们如是说，“现在预报下雨已经很准了，可对太阳风暴的预报，还在初级阶段，这好比40年前预报下雨。”

但是，研究人员在24小时预报太阳风暴爆发的工作上取得了很大的进展。

1．“磁绳”使得太阳风暴的预报成为可能

太阳风暴是漫游在广袤太空中的“游侠”，平时很少光顾地球。但是，在太阳活动极大年中，太阳风暴袭击地球的频率是平常的几倍，通常一星期就发生几次。尽管其中大部分都悄悄消逝在空中，不会产生什么重大影响，但如果发生大能量的冲击，很可能造成比1989年魁北克事件更具破坏力的后果。

正因为如此，天体物理学家们比往常更紧张地工作着。他们通过巨型天文望远镜和探测卫星，从每一个可能出现太阳风暴的角度观测着无垠的太空，时刻警惕着这些可能到来的“入侵者”。

20多年前，科学家们提出了“磁绳”的概念和理论。

太阳大部分的磁力线弧形分布，弧的两端根植在太阳表面，以这种方式分布的磁力线不但难以爆发，而且很可能起着阻止爆发的作用。但是，“磁绳”内的磁场不同，它们相互缠绕，大部分已脱离了根部，所以容易离开太阳表面。“磁绳”不断上升，会到达一个临界点，然后突然爆发。这就好比火山爆发前，火山口会向上隆起，一旦突破阻力后，岩浆就会猛力加速而爆发。

“磁绳”已经在科学界流传很久了，这么多年来，科学家们一直在争论，却苦于没有确切的观测证据。“磁绳”演化速度极快，存在时间极短，所以，证实其存在非常困难。

不久前，美国航天局发射了名为“太阳动力学天文台”的观测器，其携带的大气综合成像仪每隔10秒24小时不间断地对太阳拍一次照。利用这种高速拍摄仪器，我国一位副教授捕捉到了太阳活动区中的“磁绳”。也许这一结果将会使得太阳风暴的预报成为可能。

2．太阳风激发壮观极光

地球磁层磁力线携带太阳风的能量进入地球内部，进而驱动了地磁场的形成。在这磁层磁力线闭合环路上，除了有地球内部的导电体之外，还有大气层的电离层这一弱导电体。当太阳风强烈时，磁力线能量遇到地球内部的磁感抗，有许多能量消耗不掉，于是就在电离层处形成了极光。

在地球上，极光是磁极地区上空的彩色发光现象，一般呈带状、弧状、幕状或放射状。这些形状有时稳定有时作连续性变化。它们有着五颜六色的光辉，像飘舞的彩带，又像万里长虹。在大约离磁极25°～30°的范围内常会出现极光，这个区域称为极光区或者极光椭圆带。

极光具有和太阳自转有关的27天周期变化，以及和太阳活动有关的11年周期变化。太阳活动年期间，极光区向赤道方向移动；太阳平静年份极光则向南北极移动，另外极光还随季节和昼夜起伏变化。

极光离地面80～400千米，有的高达1000千米，范围最宽有1000千米。北极光带以北磁极为中心，大体呈卵形分布。如果用类似等压线物质连接，则称为极光等频线。该线最高值大体经过阿拉斯加中北部、加拿大北部、格陵兰岛、冰岛、斯堪的纳维亚半岛北部、新地岛、新西伯利亚群岛。每年可以见到极光的机会240多天。南极光带大致围绕南极大陆海岸分布。

我国黑龙江北部大体上一年有一次机会见到极光，新疆北部、内蒙古北部、黑龙江南部、吉林北部大约10年一次机会。由于地磁极的变化，古代北磁极曾经靠近我国。历史上的北京、西安、洛阳、开封等地也见到过极光，并留下了记载，是具有科研价值的珍贵资料。

司马迁在《史记·天官书》中记录了极光现象及形状：“烛光”，像火炬的极光；“卿云”，似云非云，若烟非烟，是不定形弥散状极光；“天开”，是暗色天幕中突显的光带；等等。

《太平御览》中记载：“夜有黄白光，十馀丈，明照地。或曰‘天裂’，或曰‘天剑’。”《汉书》中有“天开东北，广十馀丈，长二十馀丈”，这指的是汉惠帝二年（公元前193年）出现的极光。

我国古籍中，有关极光的记录有170多条。

番外：太阳科技名词解释

本章附录一些关于太阳的名词解释和专业术语，以便你更好地阅读回顾这一章的内容。

结构

在茫茫宇宙中，太阳只是一颗非常普通的恒星，在广袤浩瀚的繁星世界里，太阳的亮度、大小和物质密度都处于中等水平。只是因为它离地球较近，所以看上去是天空中最大最亮的天体。其它恒星离我们都非常遥远，即使是最近的恒星，也比太阳远27万倍，所以看上去只是一个闪烁的光点。

组成太阳的物质大多是些普通的气体，其中氢约占71.3%、氦约占27%，其它元素占2%。太阳从中心向外可分为核反应区、辐射区、对流区和太阳大气。

太阳的大气层，像地球的大气层一样，可按不同的高度和不同的性质分成各个圈层，即从内向外分为光球、色球和日冕三层。我们平常看到的太阳表面，是太阳大气的最底层，温度约是6000开。它是不透明的，因此我们不能直接看见太阳内部的结构。

内部构造

太阳的内部主要可以分为三层：核心区、辐射区和对流区。

太阳的核心区域半径是太阳半径的1/4，约为整个太阳质量的一半以上。太阳核心的温度极高，达到1500万摄氏度，压力也极大，这使得由氢聚变为氦的热核反应得以发生，从而释放出极大的能量。这些能量通过辐射层和对流层中物质的传递，才得以传送到达太阳光球的底部，并通过光球向外辐射出去。太阳核心区的物质密度非常高，每立方厘米可达160克。太阳在自身强大重力吸引下，核心区处于高密度、高温和高压状态，这是太阳巨大能量的发祥地。

太阳核心区产生的能量传递主要靠辐射形式。太阳核心区之外就是辐射层，辐射层的范围是从热核中心区顶部的0.25个太阳半径向外到0.71个太阳半径，这里的温度、密度和压力都是从内向外递减。从体积来说，辐射层占整个太阳体积的绝大部分。太阳内部能量向外传播除辐射，还有对流过程。从太阳0.71个太阳半径向外到达太阳大气层的底部，这一区间叫对流层。这一层气体性质变化很大，很不稳定，会形成明显的上下对流运动。这是太阳内部结构的最外层。

光球

太阳光球就是我们平常所看到的太阳圆面，通常我们所说的太阳半径是指光球的半径。光球层位于对流层之外，属太阳大气层中的最低层或最里层。光球的表面是气态的，其平均密度只有水的几亿分之一，但由于它的厚度达500千米，所以光球是不透明的。光球层的大气中存在着激烈的活动，用望远镜我们可以看到光球表面有许多密密麻麻的斑点状结构，很像一颗颗米粒，这被称之为米粒组织。它们极不稳定，一般持续时间仅为5～10分钟，其温度要比光球的平均温度高出300℃～400℃。科学家目前认为这种米粒组织是光球下面气体的剧烈对流造成的现象。

光球表面另一种著名的活动现象便是太阳黑子。黑子是光球层上的巨大气流旋涡，大多呈现近椭圆形，在明亮的光球背景反衬下显得比较暗黑，但实际上它们的温度高达4000℃左右。倘若能把黑子单独取出，一个大黑子便可以发出相当于满月的光芒。黑子出现的情况不断变化，反映了太阳辐射能量的变化。太阳黑子的变化存在复杂的周期现象，平均活动周期为11.2年。

色球

紧贴光球之上的一层大气称为色球层，平时不易被观测到，过去这一区域只是在日全食时才能被看到。当月亮遮掩了光球明亮光辉的一瞬间，人们能发现日轮边缘上有一层玫瑰红的绚丽光彩，那就是色球。色球层厚约8000千米，它的化学组成与光球基本上相同，但色球层内的物质密度和压力要比光球低得多。日常生活中，离热源越远温度越低，而太阳大气的情况却截然相反，光球顶部接近色球处的温度差不多是4300℃，到了色球顶部温度竟高达几万度，再往上，到了日冕区温度陡然升至上百万度。人们对这种反常增温现象感到疑惑不解，至今也没有找到确切的答案。

在色球上人们还能够看到许多腾起的火焰，这就是天文上所谓的“日珥”。日珥是迅速变化着的活动现象，一次完整的日珥过程一般为几十分钟。日珥的形状可说是千姿百态，有的如浮云烟雾，有的似飞瀑喷泉，有的似一弯拱桥，也有的酷似团团草丛，真是不胜枚举。天文学家根据形态变化规模的大小和变化速度的快慢，将日珥分成宁静日珥、活动日珥和爆发日珥三大类，最为壮观的要属爆发日珥。本来宁静或活动的日珥，有时会突然“怒火冲天”，把气体物质拼命往上抛射，然后回转着返回太阳表面，形成一个环状，所以其又称为环状日珥。

日冕

日冕是太阳大气的最外层。日冕中的物质也是等离子体，它的密度比色球层更低，而它的温度反比色球层高，可达上百万摄氏度。在日全食时我们在日面周围看到放射状的非常明亮的银白色光芒即是日冕。日冕的范围在色球之上，一直延伸到好几个太阳半径的地方。日冕还会有向外膨胀运动，并能使冷电离气体粒子连续地从太阳向外流出，从而形成太阳风。

太阳黑子

通过一般的光学望远镜观测太阳，观测到的是光球层的活动。在光球上我们常常可以看到很多黑色斑点，它们叫做“太阳黑子”。太阳黑子在日面上的大小、多少、位置和形态等，每天都不同。太阳黑子是光球层物质剧烈运动而形成的局部强磁场区域，是光球层活动的重要标志。长期观测太阳黑子有人发现，有的年份黑子多，有的年份黑子少，有时甚至几天、几十天日面上都没有黑子。

天文学家们早就注意到，太阳黑子从最多或最少的年份到下一次最多或最少的年份，大约相隔11年。也就是说，太阳黑子有平均11年的活动周期，这也是整个太阳的活动周期。天文学家把太阳黑子最多的年份称之为“太阳活动高峰年”，把太阳黑子最少的年份称之为“太阳活动低峰年”。

太阳耀斑

太阳耀斑是一种最剧烈的太阳活动，一般被认为发生在色球层中，所以也叫“色球爆发”。其主要观测特征是，日面上（常在黑子群上空）突然出现迅速发展的亮斑闪耀，其寿命仅在几分钟到几十分钟之间。其亮度上升迅速，下降较慢。特别是在太阳活动高峰年，耀斑出现频繁且强度变强。

别看它只是一个亮点，一旦出现，简直是一次惊天动地的大爆发。这时其增亮释放的太阳耀斑能量相当于10万至100万次强火山爆发的总能量，或相当于上百亿枚百吨级氢弹的爆炸；而一次较大的耀斑爆发，在一二十分钟内可释放10的25次幂焦耳的巨大能量。

除了日面局部突然增亮的现象外，耀斑主要表现在从射电波段直到X射线的辐射通量突然增强。耀斑所发射的辐射种类繁多，除可见光外，有紫外线、X射线和伽玛射线、红外线和射电辐射，还有冲击波和高能粒子流，甚至有能量特高的宇宙射线。

耀斑对地球空间环境造成很大影响。太阳色球层中的一声爆炸，能让地球大气层即刻出现缭绕“余音”。耀斑爆发时，大量的高能粒子到达地球轨道附近时，将会严重危及宇宙飞行器内的宇航员和仪器的安全。当耀斑辐射来到地球附近时，会与大气分子发生剧烈碰撞，破坏电离层，使它失去反射无线电电波的功能。无线电通信尤其是短波通信，以及电视台、电台广播，会受到干扰甚至中断。耀斑发射的高能带电粒子流会与地球高层大气作用，产生极光，并干扰地球磁场而引起磁暴。

此外，耀斑对气象和水文等方面也有着不同程度的直接或间接影响。正因为如此，人们对耀斑爆发的探测和预报的关切程度与日俱增，正在努力揭开耀斑的奥秘。

光斑（谱斑）

光斑是太阳光球层上比周围更明亮的斑状组织。用天文望远镜对它观测时，常常可以发现：在光球层的表面有的明亮有的深暗。这种明暗斑点是由于温度高低不同而形成的，比较深暗的斑点叫做“太阳黑子”，比较明亮的斑点叫做“光斑”。光斑常在太阳表面的边缘“表演”，却很少在太阳表面的核心区露面。因为太阳表面核心区的辐射属于光球层的较深气层，而边缘的光主要来源于光球层较高部位，所以，光斑比太阳表面高些，可以算得上是光球层上的“高原”。

光斑也是太阳上的一种强烈风暴，天文学家把它戏称为“高原风暴”。不过，与乌云翻滚、大雨滂沱、狂风卷地百草折的地面风暴相比，“高原风暴”的性格要温和得多。光斑的亮度只比宁静光球层略强一些，一般只大10%，温度比宁静光球层高300℃。许多光斑与太阳黑子还结下不解之缘，常常环绕在太阳黑子周围“表演”。少部分光斑与太阳黑子无关，活跃在70°高纬区域，面积比较小。光斑平均寿命约为15天，较大的光斑寿命可达三个月。

光斑不仅出现在光球层上，色球层上也有它活动的场所。当它在色球层上“表演”时，活动的位置与在光球层上露面时大致吻合。不过，出现在色球层上的不叫“光斑”，而叫“谱斑”。实际上，光斑与谱斑是同一个整体，只是它们的“住所”高度不同而已，这就好比是一幢楼房，光斑住在楼下，谱斑住在楼上。

米粒组织

米粒组织是太阳光球层上的一种日面结构，呈多角形小颗粒形状，得用天文望远镜才能观测到。米粒组织的温度比米粒间区域的温度约高300℃，因此，显得比较明亮易见。虽说它们是小颗粒，实际的直径也有1000～2000公里。

明亮的米粒组织很可能是从对流层上升到光球的热气团，它不随时间变化且均匀分布，会呈现激烈的起伏运动。米粒组织上升到一定的高度时，很快就会变冷，并马上沿着上升热气流之间的空隙处下降。米粒组织的寿命也非常短暂，来去匆匆，从产生到消失，几乎比地球大气层中的烟消云散还要快，平均寿命只有几分钟。近年来发现的超米粒组织，其尺度达3万公里左右，寿命约为20小时。

有趣的是，在老的米粒组织消逝的同时，新的米粒组织会在原来位置上很快地出现，这种连续现象就像我们日常所见到的沸腾米粥中不断上下翻腾的热气泡。