『太阳风暴』对人类的影响

作者: 魏奉思中科院空间科学与应用研究中心日球物理数值研究开放实验室

2000年6月8日,太阳黑子活动再次达到高潮。它已使我国北方各地区的电离层被严重遮蔽、吸收或穿透,南方地区电离层的临界频率也严重下降。

太阳是一个能量和物质输出巨大且极富变化的天体。它输出的X射线8分钟后就可到达地球;输出的高能量带电质子、电子几小时就可以到达地球;以超音速每秒数百公里至上千公里的速度向外吹出的太阳风暴2～3天就可到达地球。太阳爆发活动常激起太阳风暴侵扰地球空间环境,使20 ～30公里以上的中、高层大气条件、电离层通讯条件以及粒子辐射和电磁辐射等条件发生急剧变化,给人类的航天、通信、导航定位、电网、物探以及现代军事活动带来严重危害和巨大损失,造成所谓的空间灾害性天气事件。随着第23周太阳活动高峰期(2000～2001)的来临,太阳风暴对人类活动的影响将日益频繁和严重。

太阳风暴随着太阳黑子的活动周期,每隔11年爆发一次。前一个太阳活动高峰期是1989年3月,发生了近代科学史上罕见的空间灾害性天气事件。在此事件期间,由于高层大气受热膨胀后使卫星高度的大气阻力增加,使“太阳峰年卫星”提前陨落,大量飞行物因轨道发生改变,造成新发射飞行物的跟踪辨认困难。美国民用、军用的极轨低高度气象卫星,因无法释放磁场异常变化所积累的力矩而影响状态。对地静止通信卫星为维持其正常状态,两天内所耗的燃料相当于正常运行一年才用的燃料。这期间因电离层扰动,低纬度无线电通讯几乎完全失效,轮船、飞机导航系统失灵,海军的卫星高频通讯网络在全球范围发生中断。高能粒子流量在这期间的突然增加,致使日本同步气象卫星指令系统一半失效或永久损坏。宇航员眼睛的视网膜因受到高能粒子轰击而受损。地球磁场的突然下降还使加拿大魁北克省一个巨大输电系统因强大的感应电流在电网回路上产生,加之电站建在电导率较低的花岗岩上,感应电流主要加在电网上,高温过热烧毁了变压器而引起电网损坏,致使600万居民停电达9小时之久,直接经济损失达5亿美元。这次空间灾害性天气事件,给众多国家的空间、地面技术系统造成了巨大损失,使政府有关部门和日地物理学家、卫星工程技术专家认识到人类社会发展所面临的空间灾害的严重性。

太阳风暴除了对上述人类活动产生重要影响外,也可能与人类的安全、健康有关。根据一些科学家的分析,认为太阳风暴吹过地球期间,意外事故如火灾、交通事故、恶性犯罪事件等相应会增多,心脏病、脑血管疾病的死亡率有明显的增多趋势。其原因可能是磁场变化会影响人脑的神经活动。近年来,更有人认为臭氧洞的形成、地球气温增高也与太阳风暴侵扰地球空间有关。

根据太阳物理学家的预测,23周太阳活动峰年期间,太阳黑子会大量增加,太阳爆发会把各种能量和物质抛到空间,吹到地球的太阳风暴次数会大大增加。随着人类迈入高科技的21世纪,对航天、通信的依赖性越来越大,而这些领域的地面和空间的技术系统对空间天气条件变化的适应性却是如此脆弱。有鉴于此,世界范围的科学家正在实施各类空间天气计划,提高监测、研究和预测这种太阳风暴的能力。我国政府有关部门亦十分重视,国家基金委组织有中科院、高等院校、信息产业部等10余个单位日地物理学家参加的“日地空间灾害性扰动过程及其对人类活动的影响”重大项目研究。国家不久将组织实施的重大科学工程“子午工程”、正在计划中的“空间太阳望远镜”等卫星探测计划,以及正建议制订我国空间天气发展战略计划等等,都将增加中国对空间灾害性天气的综合监测、研究和预测能力,为发展我国高科技以及为国家安全、国民经济作出重要贡献。