太阳放射线的危害与地球磁力圈的保护

对于居住在太阳系第三颗行星地球上的人类来说，太阳是距离最近也最重要的天体。大家应该常常听到“太阳母亲”的说法吧。太阳为地球的生命活动提供必要能源，是不可或缺的存在。但是，随着对太阳研究的深入，人类逐渐认识到，太阳不仅是源源不断地给地球生命输送巨大能源的能量宝库，对于21世纪以来想进入宇宙的人类来说，也是一个具有极其凶暴特性的相当棘手的对手。

太阳是一个直径约为地球109倍、重量约为地球33万倍的巨型以氢气为主的集合体。

◆太阳耀斑

太阳的中心温度超过1500万摄氏度，氢核聚变反应不断在此进行。太阳中心爆发的巨大能量经过长时间的放射和对流抵达太阳表面，但在控制太阳表面的磁场的影响下，能量流动受到阻碍。强大的磁场由太阳自转产生，在高达6000摄氏度的太阳表面，会出现温度相对较低的黑色区域。当来自太阳内部的巨大能量流动受其表面磁场影响被遮挡时，该部分温度相对低于周围部分，形成黑点。黑点积蓄的能量突然喷涌而出，就形成了太阳耀斑。

耀斑是太阳表面大气中积蓄的能量，受太阳表面磁力线重新排布（磁重联）影响而突然释放的现象。

太阳耀斑出现后，会向宇宙释放带有巨大能量的能量波。因释放方向不同，有时能量波会朝着地球直射而来。太阳耀斑发生约8分钟后，强烈的电磁波（特别是X光）会首先抵达地球。包括可见光在内，电磁波在真空中能够以每秒30万千米的速度传播，仅需8分19秒就能穿越1.5亿千米的地日距离，抵达地球表面。这些强烈电磁波抵达地球大气的电离层后，扰乱电离层正常状态，导致电波通信中利用短波进行的长距离通信陷入瘫痪。这就是“德林格尔现象”（Dellinger Effect）。为有效避免德林格尔现象出现，必须24小时不间断地对太阳进行实时监测，一旦观测到太阳耀斑，立即拉响警报。

太阳耀斑发生数日后，太阳风将抵达地球。

太阳风就是带电粒子（质子和氦原子核），即放射线。放射线主要包括氦原子核释放的α射线（阿尔法射线）、质子释放的β射线（贝塔射线）以及电磁波中波长最短的γ射线。质子和氦原子核组成以每秒数百千米速度运动的太阳风冲击地球。地球周围环绕着磁场，通常情况下可以防止太阳风直接进入地球大气层，但面对粒子数量惊人、由耀斑产生的高速太阳风，地磁场（地磁力）则难以完全招架得住。于是，地磁场被严重扰乱，形成地磁暴。地磁力紊乱在高空表现为对极地上空极光的强烈刺激，形成极光风暴；在地表则表现为感应电流混入地表电线，扰乱电力系统，破坏输电网络线路，引发停电。

人类有史以来记录的最大地磁暴，发生在1959年9月1日。当时最先进的有线通信线路受地磁暴影响，产生过电流，导致位于末端的通信站点失火。据当年报纸描述，此时极地上空出现了异常明亮的极光。

此外，1989年3月，加拿大的魁北克省也发生过大停电事故。(www.xing528.com)

◆极光出现的原理

当时，约600万人陷入了长达9小时的停电状态。该事件的经济损失最少估计也高达数百亿日元。1989年8月，因地磁暴出现地发生了停电事故，加拿大多伦多股票市场一时间被迫停止交易。据估计，如果史上最大规模的耀斑直击地球，将给欧美等高纬度地区国家造成30万亿日元的巨额损失。

如上所述，太阳耀斑将大量放射线从太阳释放到地球，影响地球大气和地表，带来危害。更加令人担忧的是，太阳耀斑对位于地磁场外的国际空间站内的宇航员，以及运行于太空的人造卫星也会造成影响。

因为地球磁力圈的外侧不存在保护他们免受放射线危害的天然电磁屏障，因此，预测太空天气的重要性日益凸显。

太空天气预报是一项详细观测并尽早发现太阳耀斑等太阳表面现象和异常，将相关信息广泛提供给相关人员的重要工作。为了使国际空间站处于安全空间，避免生活在其中的宇航员们受到放射线照射危害，也为了对社会生活极其重要的气象卫星、通信卫星等人造卫星能够正常运转，人们将在必要时调整卫星的朝向。假设宇航员运气不佳，正好在出舱活动期间遭遇了大耀斑，就有可能遭受4西弗特（放射剂量单位）以上的放射线照射。这个量足以致死，非常危险。此外，耀斑发生时，为了防止地表发电系统受损，必要时可采取事前减少输电量等预防措施。目前，世界各国正致力于研究太空天气预报。在日本，总部位于东京都小金井市的日本情报通信研究机构（NICT）履行着这一职责。

太空天气预报不仅依赖于地表设置的多种太阳专用望远镜对太阳的监视，太空望远镜的监视也不可或缺。特别是1995年，在美国国家航空航天局（NASA）与欧洲航天局（ESA）合作发射的太阳观测卫星SOHO，长期监视太阳表面，多次为成功预报地磁暴做出贡献。

虽然人类无法直接目睹入侵地球磁气圈的太阳风的真实面目，但到接近南北极的高纬度地区，则可以通过极光感受太阳风活动的影响。与日全食、流星雨一样，以其独特魅力吸引人类的极光，并非宇宙空间现象，而是一种地球大气圈内出现的发光现象。

包括太阳光在内，从宇宙中飞来的放射线（等离子体的一种），被地球磁力圈（地磁场、地磁气）这一天然电磁屏障遮挡后，几乎不能完全抵达地表。但是，由于地磁场的南北两极周边集中了磁力线，而具有沿着磁力线前进性质的放射线，可以从南北极入侵至大气层内。此时，极地地区的高层大气就会出现发光现象。这就是极光。

放射线中的粒子沿着磁力线降落，与高层大气发生碰撞，使得大气颗粒物获得能量，从而发光。根据放射线种类和地球大气颗粒物种类不同，极光呈现出从X射线到紫外线不等的各种不同波长区域的光。人类观测到的极光，主要是电子降落引发的大气发光，氧原子产生的红色和绿色的光交相辉映。如果从地球外侧观察，极光以包围磁极的链条状态出现，这些链条就是“极光地带”。木星、土星、天王星、海王星等具有磁场的天体上也存在极光现象。