天文科普:太陽發(fā)出詭異的微笑,這預示著什么?
來源:時空通訊
發(fā)布時間:2023-02-20
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你見過太陽發(fā)笑嗎?現(xiàn)在就展示給你一張?zhí)柊l(fā)笑的實拍照片:

這是NASA的太陽動力學天文臺用衛(wèi)星于2022年10月26日捕捉到的,29日發(fā)表在美英的許多媒體和科學網(wǎng)站上。這個“微笑”看起來很形象,但仔細看卻透露出詭異。那么這個微笑到底預示著什么呢?

我們知道,太陽是太陽系唯一的恒星,相對地球等行星是個巨無霸,它直徑有139.2萬千米,質量占有了整個太陽系的99.86%。也就是說太陽系的八大行星、數(shù)百顆衛(wèi)星、還有矮行星、小行星、彗星、塵埃等加起來質量也只占有0.14%。

巨大的體積和質量,使太陽核心具有極高的溫度和壓力,極端條件導致氫原子被剝離了外層電子,氫核被擠壓在一起不斷的融合成氦核,這就是所謂的核聚變。核聚變過程有約0.7%的質量損失,轉化為巨大能量,以電磁輻射的方式發(fā)射出來,讓整個太陽成為一個巨大的火球。

這個巨大的火球分為6個層次,從核心算起,有核反應區(qū)、輻射層、對流層、光球層、色球層、日冕層,后面三個層次統(tǒng)稱為太陽的大氣層。

核反應區(qū)占據(jù)了整個太陽半徑的25%,也就是核心約35萬千米直徑的球心,是核聚變反應區(qū),這里的溫度高達1500K,壓力達到3000億個大氣壓,高溫和高壓迫使氫核聚變持續(xù)進行,每秒鐘有6億噸的氫轉化為5.958億噸的氦,損失的420萬噸質量轉化為能量。

這個能量是巨大的,根據(jù)愛因斯坦質能方程E=MC^2計算,太陽每秒鐘釋放的能量達到3.78*10^26J,相當于9億億噸炸藥同時爆炸釋放的能量,也就是7萬億顆廣島原子彈同時爆炸釋放的能量。

這些能量到哪里去了呢,就是逐步從太陽核心,不斷向太陽表面?zhèn)鬟f,最終釋放到了太空中。這個過程很復雜,最初的能量是以最高級別的電磁輻射γ射線發(fā)出的,經(jīng)過約42萬千米厚的輻射區(qū),到達對流層;再經(jīng)過約十幾萬千米的對流層到達光球層。

我們知道電磁輻射能量從高到低的排列順序是:γ射線、X射線、紫外線、可見光、無線電波,因此太陽的電磁輻射從核心到太陽表面能量會不斷衰減,到達光球層,就更多以可見光的形式發(fā)出了,這也是我們能夠看到光芒四射的太陽的原因。

光球層很薄,只有約500千米,是一層不透明的氣體薄層,但它確定了太陽有一個清晰的邊界,人眼能看到太陽的所有可見光都是從這一層發(fā)射出來。

在光球層的上方,則是厚度約2000千米的色球層,由于這里的可見光極少,只有光球層的約1%,因此人眼一般看不到這個層次,只有在全日食發(fā)生時有那么短短瞬間,光球的明亮光線被完全遮掩時,人們可在日冕邊緣看到一圈狹窄的玫瑰紅色,那就是色球層。

色球層上面就是日冕層了,這是太陽大氣的最外層,厚度達到數(shù)百萬公里。這里的大氣較為稀薄,粒子密度約為10^15/m^3,約是地表大氣的2.7億分之一,但溫度奇高,可達數(shù)百萬度。

太陽核聚變的電磁輻射從核心層到光球層,能量是層層遞減,電磁波譜峰值由核心區(qū)的伽馬射線,到輻射區(qū)的X射線,逐步過渡到光球層的可見光,因此溫度也是層層遞減的,從核心層1500萬K,到輻射層700萬K~200萬K,再到對流層200萬~6000K,到了光球層,太陽溫度就只有6000K~4000K了。

但奇怪的是,到了色球層,太陽大氣的溫度反而升高,從4000K逐步上升到10萬K,并過渡到100萬K;到了最外邊的日冕層,溫度竟高達數(shù)百萬K。這種奇怪現(xiàn)象一直困擾著科學界,經(jīng)過多年觀測研究,已經(jīng)有許多理論來解釋這種現(xiàn)象,不過最終尚無定論。

人們正期盼著NASA2017年發(fā)射的帕克太陽能探測器,在2024年12月鉆入太陽日冕層一探究竟,那時帕克探測器最近時距離太陽表面只有600萬公里,肯定會得到更多的數(shù)據(jù)和影像資料來揭示太陽這個秘密。

那么,現(xiàn)在言歸正傳,太陽那詭異的微笑是什么,又預示著什么呢?

簡單的說,那只是太陽表面的一些暗斑。就像人臉并不完美,會有許多大大小小的斑痕一樣,太陽也并非我們肉眼看到的那樣潔白無瑕,只不過是被耀眼的明亮掩蓋了一切。太陽這個巨大的等離子球,表面風起云涌,還不斷的產生一個個“洞”,這些“洞”千奇百怪隨機出現(xiàn)。

而NASA發(fā)布的那張?zhí)栃δ槪徊贿^是這些“洞”的一次偶然隨機組合,且正好對著地球而已。

這些“洞”被科學家們稱為日冕洞,從日冕洞中會噴射出高溫帶電等離子物質,以時速200萬千米甚至更高的速度涌入太空,這就是太陽風,這些太陽風有時候速度高達800 ~1000千米每秒,當這些日冕洞正對著地球時,這些帶電粒子就會在三到四天來到地球,對地球環(huán)境造成影響。

至于會有多大影響,就要看太陽這種“微笑”的“眼睛”或“嘴巴”有多大了,也就是說這個日冕洞越大,噴射出的等離子物質就越多,對地球環(huán)境影響就越大。

天文學家們預測,太陽這次“微笑”噴射出的帶電離子風會在三天左右撞入地球磁場,可能會引起一場小型磁暴,擾亂在軌衛(wèi)星的運行,還會給地面電網(wǎng)帶來一些波動??梢娞栠@次“微笑”雖然詭異,但只是開一個善意的玩笑,逗逗人類而已。

為此,時空通訊杜撰一個諺語:“太陽一發(fā)笑,人類嚇一跳”。這里我并未夸張,因為人類看到太陽“發(fā)笑”實際上就是冕洞正對著地球,其噴射的高能高速物質在三四天就會到達地球,人類的許多帶電基礎設施就有可能受損。

而太陽耀斑,比冕洞的力量就大多了,我把它形容為“太陽一發(fā)怒,地球hold不住”。2022年2月份,一個耀斑導致的太陽風就給了地球一個下馬威:1月29日,美國太空天氣預報中心探測到一次強烈的太陽耀斑活動,并預測太陽拋射出的物質和能量在2月1日到達地球,可能引發(fā)較強地磁暴,這種地磁暴可能持續(xù)數(shù)天。

人們弄不清楚馬斯克為啥還要在2月3日“頂風作案”,冒著可能發(fā)生的地磁暴發(fā)射星鏈衛(wèi)星,或許這位有鋼鐵俠稱號的科技狂人太過自信,結果大自然規(guī)律毫不留情的給了他一個大大的教訓,馬斯克這次發(fā)射的49顆星鏈衛(wèi)星被強勁的地磁暴毀滅了40顆。

但總體上,太陽在人類出現(xiàn)的數(shù)十萬年以來,還是溫和和善意的,既沒有大笑也沒有大哭,甚至沒有任何傷風感冒,更沒有大怒。我們試想一下,太陽如果某一天突然大怒,拋射出一大塊物質朝著地球飛來,人類以及所有地球生態(tài)很可能就玩完了。

太陽太大了,地球只是太陽質量的33萬分之一,體積的130萬分之一。地球在太陽身邊,就像一粒油菜籽呆在一只籃球邊上,如果這只籃球正好對著這粒油菜籽漏了點氣,這粒油菜籽就有可能被噴沒了。

所以,科學家們不但擔憂太陽“發(fā)笑”,更擔憂太陽“發(fā)怒”。一直以來,科學家們都努力研究著太陽的性格,制造了各種各樣的觀測太陽望遠鏡,發(fā)射了許多太陽觀測衛(wèi)星,就是為了弄清太陽的活動機制,能夠更早的預知太陽可能發(fā)生的變化,規(guī)避太陽帶來的災難。

太陽啊,既孕育和呵護了生命,也可能有一天摧毀生命,它的一笑一顰都牽動著人類和生態(tài)萬物的生死存亡。人類目前的文明程度還較低,科技水平也較低,如果太陽真的發(fā)起了大脾氣,人類還完全無力應對。

因此,我們只能祈禱太陽像過去一樣,繼續(xù)著溫和與善意,讓太陽系唯一的人類文明得以更長久的延續(xù)。

一些科學家認為,如果大自然和人類自己能夠給自己200年發(fā)展空間,人類整體將發(fā)展到宇宙一級文明層次,這種文明叫母星級文明,那時人類將再也不懼怕來自地球的各種災難;如果能夠延續(xù)5000年,人類整體將發(fā)展到二級文明層次,這種文明叫恒星級文明,人類將可以完全控制和利用太陽能量,再也不懼怕太陽發(fā)怒了。



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