SDO拍攝到的日冕物質(zhì)拋射圖

太陽是對地球上的環(huán)境和生命影響最大的天體。天文學(xué)家們也一直好奇于太陽活動在地球上究竟會產(chǎn)生怎樣的影響,。

英國18世紀(jì)的天文學(xué)家威廉·赫歇爾就曾研究過太陽黑子的多寡與小麥價格之間的關(guān)系,。他發(fā)現(xiàn)，在英國,，如果某年太陽上出現(xiàn)的黑子比較多,，那一年的小麥?zhǔn)粘删蜁芎茫纱诵←湹膬r格也會比較低,。

英國《新科學(xué)家》雜志幻想過這樣的景象：2012年9月22日的午夜,，曼哈頓的夜空中出現(xiàn)搖曳的彩光。紐約人幾乎從沒有在如此靠南的緯度上看到過極光,。但沒待他們在這罕見的美景中沉浸多久,，電燈泡開始明暗閃爍，突然暴亮一下之后便熄滅了,。90秒鐘之后,，美國東部全部斷電。

一年之后,，“歐洲,、斯堪的納維亞、中國和日本也在努力從這次事件中恢復(fù)元?dú)?，它是一次?qiáng)烈的風(fēng)暴,，來自1.5億千米之外的太陽表面”。

這番幻想盡管聽上去十分夸張,，但如果美國科學(xué)院2008年的報告《惡劣空間天氣事件——理解社會和經(jīng)濟(jì)沖擊》是正確的,，那么類似的場景便是有可能發(fā)生的。

太陽風(fēng)暴攜帶了大量的帶電粒子,，這些帶電粒子到達(dá)地球后會迅速擾亂地球磁場,，可以造成通訊系統(tǒng),、GPS衛(wèi)星失靈,，被擾亂的磁場會在遠(yuǎn)距離輸電線中產(chǎn)生電流，這些電流可能造成電網(wǎng)癱瘓。

歷史上有記載的最嚴(yán)重的一次太陽風(fēng)暴發(fā)生在1859年,。那次事件以英國業(yè)余天文學(xué)家理查德·卡靈頓（Richard Carrington）的名字命名,，因為他最早觀察到了太陽上出現(xiàn)的兩道明亮的白光?？`頓事件造成了長達(dá)八天的惡劣空間天氣,。當(dāng)時甚至有人在赤道附近地區(qū)目擊到了極光?！稅毫涌臻g天氣事件》的作者認(rèn)為,，如果卡靈頓事件發(fā)生在今天，那么影響會更嚴(yán)重,，而且科技越發(fā)達(dá)的社會受到的影響也越大,。因為遠(yuǎn)距離輸電線構(gòu)成了巨大的天線，它們在太陽風(fēng)暴中會形成電流沖擊變電站,。另一方面,，包括供水、物流,、金融在內(nèi)的與日常生活息息相關(guān)的系統(tǒng)都需要依靠電力,，一旦斷電，就是一場災(zāi)難,。它導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失可能達(dá)到1萬億到2萬億美元,。

另外，《新科學(xué)家》的科幻場景之所以出現(xiàn)在2012年,，是因為太陽活動有一個11年的自然周期,，2012年剛好是太陽活動極大年。

好的消息是,，根據(jù)美國宇航局的預(yù)測,，此一輪太陽活動周期中太陽黑子極大值為90，略高于歷史記錄中的最低值78,。如果這種預(yù)測是正確的,，那么2012年將會經(jīng)歷一個溫和的太陽活動極大年。

但美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）空間天氣預(yù)測中心的物理學(xué)家道格·畢賽克（Doug Biesecker）仍然警告說：“即便是在低于平均值的太陽活動期,，惡劣空間天氣現(xiàn)象也有可能出現(xiàn),。比如說1859年的大磁暴發(fā)生時的太陽活動水平就與我們預(yù)測中的2013年的水平一樣。”

太陽活動與冷冬

太陽活動對地球造成的另一種可能的影響體現(xiàn)在氣候方面,。一些科學(xué)家曾經(jīng)懷疑太陽活動造成了全球變暖,，但事實證明，與20世紀(jì)全球變暖并不一致的是,，自1920年代以來,，太陽黑子的數(shù)量呈現(xiàn)出減弱的趨勢,。

2007年發(fā)表在《英國皇家學(xué)會會報》的一篇論文指出，衛(wèi)星數(shù)據(jù)顯示,，所有可能造成氣候變暖的太陽因素在1985年之后都在向相反的方向發(fā)展,。太陽黑子在20世紀(jì)中有兩個極大年，一個是1960年,，一個是1985年,，它的數(shù)量在1985年之后在下降。黑子的數(shù)量是太陽活躍程度的表征,，數(shù)量下降的黑子與全球變暖的趨勢并不一致,。另一種說法是宇宙射線有利于云層的形成，而云能夠為地球降溫,。但研究發(fā)現(xiàn)宇宙射線在1985年達(dá)到最小,，之后的年份里出現(xiàn)上升，這也與全球變暖不一致,。還有太陽的亮度,，在1977到1985年間曾有上升，但之后也是下降的狀態(tài),。

“自1985年以來,，所有可能造成全球變暖的太陽因素都朝著相反的方向發(fā)展。”論文作者之一,、英國雷丁大學(xué)的邁克·洛克伍德（Mike Lockwood）說,，“如果它們真的是重要的因素，那么我們現(xiàn)在就應(yīng)該在變冷了,。”

洛克伍德及其同事在今年發(fā)表在《環(huán)境研究快報》上的一篇新論文中指出,，盡管太陽活動并不是影響全球氣候變化的重要因素，但太陽活動的低潮很可能造成了英國和歐洲北部近兩年來的冷冬,。

洛克伍德等人注意到,，在2008年到2009年的大部分時間里，太陽表面幾乎看不到黑子,，太陽磁場對地球的影響也跌至有記錄的150年來的最低點,。他們于是拿出英國中部自1659年以來的氣溫記錄，與太陽活動情況進(jìn)行對照,。結(jié)果發(fā)現(xiàn),，在太陽活動較弱的年份，英國經(jīng)歷冷冬的可能性就較大,。“只有百分之一的可能性這種情況是碰巧出現(xiàn)的,。”他們在論文中寫道。

他們還將模型中由20世紀(jì)工業(yè)排放造成的升溫去除,，發(fā)現(xiàn)太陽活動較弱年份與冷冬之間的統(tǒng)計學(xué)關(guān)系更加明顯了,。他們認(rèn)為這說明英國的冷冬與全球變暖無關(guān),。

美國海軍研究實驗室研究日地關(guān)系的物理學(xué)家朱迪斯·黎恩（Judith Lean）在2008年發(fā)表的另一項研究的結(jié)論與洛克伍德的十分相似。她發(fā)現(xiàn)當(dāng)太陽活動劇烈的時候,，北歐的天氣就會比平均狀況要更暖和。

洛克伍德和黎恩的研究均是統(tǒng)計結(jié)果,，其背后的物理解釋目前還不清晰,。一種觀點認(rèn)為，由西吹過大西洋進(jìn)入北歐的風(fēng)向的變化造成了冷冬的形成,，而風(fēng)向的變化可能與太陽活動的變化有某種相關(guān)性,。

SOHO的后繼者

在SDO這個探測器之前，美國宇航局曾在1995年發(fā)射了太陽與太陽風(fēng)層探測器（SOHO）,，這架探測器最初計劃的運(yùn)行時間是兩年,，后來持續(xù)延長，以期能夠覆蓋太陽活動的11年周期,。實際上,，過去15年里我們看到的多數(shù)太空中拍攝的太陽照片都來自SOHO。

SDO是美國宇航局“與日同在”計劃中發(fā)射的第一顆探測器,，“與日同在”計劃的目標(biāo)是理解太陽這顆磁場變化的恒星,，測量其對地球上的生活和社會的影響。

另一架目前運(yùn)行中的太陽探測器是美國宇航局2006年發(fā)射的日地關(guān)系天文臺（STEREO）,，它能夠與SOHO一起從三個角度拍攝太陽的立體圖像,。日地關(guān)系天文臺與SOHO一起能夠更加準(zhǔn)確地計算出日冕物質(zhì)拋射的方向和抵達(dá)地球的時間。

與這兩架探測器相比,，SDO的性能又有了大幅超越,，它不但圖像清晰度更高，而且能夠每秒鐘拍攝一張?zhí)栒掌?。相比之下,，STEREO每3分鐘拍攝一張，SOHO每12分鐘拍攝一張,。

但SOHO迄今仍有一項其他探測器無法超越的強(qiáng)項：它的“廣角和分光日冕觀測儀”中有一塊“遮陽板”,，能夠把太陽的主體遮擋起來，讓天文學(xué)家看到亮度只有主體千萬分之一的日冕,，對日冕物質(zhì)拋射進(jìn)行研究,。

未來幾年，美國宇航局和歐洲空間局計劃發(fā)射更多的太陽探測器,，研究太陽本身的物理活動以及這些活動與地球的關(guān)系,。中國的太陽極軌射電望遠(yuǎn)鏡計劃在2017年發(fā)射，用于連續(xù)跟蹤監(jiān)測日冕物質(zhì)拋射事件從太陽表面到地球軌道處的傳播與演化,。