太阳风的形成和危害

什么是太阳风

太阳风是从太阳大气最外层的日冕向空间持续抛射出来的物质粒子流，是一种以200千米/秒～800千米/秒的速度运动的等离子流，它来自于太阳的内部，是连续存在的。物质粒子流是从冕洞中喷射出来的，其主要成分是氢粒子和氦粒子。

太阳风可以分为两种：一种持续不断地辐射出来，速度较小，粒子含量也较少，被称为“持续太阳风”；另一种是在太阳活动时辐射出来，速度较大，粒子含量也较多，这种太阳风被称为“扰动太阳风”。

扰动太阳风对地球的影响非常大，当它抵达地球时，往往引起很大的磁暴与强烈的极光，同时也产生电离层骚扰。而太阳风的存在，给我们研究太阳以及太阳与地球的关系提供了重要的线索。

太阳风的形成

为了能够清楚地表述出太阳风是怎样形成的，我们先来了解一下太阳大气的分层情况：一般情况下，把太阳大气分为6层，由内往外依次命名为日核、辐射区、对流层、光球、色球和日冕。然而，日核的半径占太阳半径的1/4左右，日核集中了太阳质量的大部分，并且是太阳99％以上的能量的发生地。光球是我们平常所见的最为明亮的太阳圆面，太阳的可见光全部是由光球面发射出来的。日冕位于太阳的最外层，属于太阳的外层大气，太阳风就是在这里形成并发射出去的。

通过人造卫星和宇宙空间探测器拍摄的照片，我们可以发现在日冕上长期存在着一些长条形的大尺度的黑暗区域。这些黑暗区域的X射线强度比其他区域要低得多，从表面上看就像日冕上的一些洞，所以，人们就形象地称之为冕洞。

冕洞是太阳磁场的开放区域，这里的磁力线向宇宙空间扩散，大量的等离子体顺着磁力线跑出去，形成高速运动的粒子流。粒子流在冕洞底部运行的速度为每秒16千米左右，每当到达地球轨道附近时，速度可达每秒800千米以上，这种高速运动的等离子体流也就是我们所说的太阳风。

太阳风从冕洞喷发而出后，夹带着被裹挟在其中的太阳磁场向四周迅速吹散，太阳风涉及范围非常大，太阳风至少可以吹遍整个太阳系。太阳风在地球上空环绕地球流动，以大约每秒400千米的速度撞击着地球磁场。

当太阳风到达地球附近的时候，与地球的偶极磁场发生着作用，并把地球磁场的磁力线吹得向后弯曲。

但是地磁场的磁压阻滞了等离子体流的运动，使得太阳风不能侵入地球大气而绕过地磁场继续向前运动。于是就形成一个个空腔，地磁场被包含在这个空腔里。此时的地磁场外形就像一个一头大一头小的蛋状物。但是，当太阳出现突发性的剧烈活动时，情况会发生明显的变化。此时太阳风中的高能离子会增多，这些高能离子能够沿着磁力线侵入地球的极区。

地球磁场形如漏斗，尖端对着地球的南北两个磁极，因此太阳发出的带电粒子沿着地磁场这个“漏斗”沉降，进入地球南北两极地区。两极的高层大气，受到太阳风的轰击后，产生绚丽壮观的极光，在南极地区形成的叫南极光，在北极地区形成的叫北极光。这种极光是非常美丽的。

太阳风的发现

1850年，一位名叫卡林顿的英国天文学家在观察太阳黑子的时候，发现在太阳表面上出现了一道小小的闪光，这道闪光持续了大约5分钟。卡林顿认为自己碰巧看到一颗大陨石落在太阳上。到了20世纪20年代，由于有了更精致的研究太阳的仪器。人们发现这种“太阳光”是普通的事情，它的出现往往与太阳黑子有关。例如，1899年美国天文学家霍尔发明了一种“太阳摄谱仪”，“太阳摄谱仪”能够用来观察太阳发出的某一种波长的光。这样，人们就能够靠太阳大气中发光的氢和钙元素等的光，拍摄到太阳的照片。

结果查明，太阳的闪光和所谓的陨石没有一点点的关系，那不过是炽热的氢的短暂爆炸而已。

太阳上小型的闪光是十分普通的事情，在太阳黑子密集的部位，一天能观察到一百次之多，特别是当黑子在“生长”的过程中更是如此。像卡林顿所看到的那种巨大的闪光是很罕见的，一年中发生的几率很小。

有时候，这种闪光正好发生在太阳表面的中心，这样闪光爆发的方向正好冲着地球。在这种爆发现象过后，地球上会一再出现奇怪的事情。一连几天，极光都会很强烈，有时甚至在温带地区都能看到。罗盘上的指针也会不安分起来，发狂似地摆动。因此，这种效应有时被称为“磁暴”。

太阳风的危害

在19世纪之前，这类情况对人类并没有什么严重的影响。但是，到了20世纪人们发现磁暴会影响无线电接收，各种电子设备也会受到影响。由于人类越来越依赖于这些设备，磁暴的影响也就越来越大了。

比如说，在磁暴期内，无线电和电视传播会中断，雷达不能做出相应的工作，同时卫星的运行也会产生影响。当太阳风掠过地球时，还会使电磁场发生变化，引起地磁暴、电离层暴，并影响通讯，特别是短波通讯。太阳风还会对地面的电力网、管道发送强大元电荷，影响输电、输油、输气管线系统的安全。

一次太阳风的辐射量对一个人来说很容易达到多次的X线检查量。它还会引起人体免疫力的下降，很容易引起病变，也会使人情绪易波动，甚至使车祸增多。另外，当太阳风暴发生时，气温会显著增高。

天文学家更加仔细地研究了太阳的闪光，发现在这些爆发中显然有炽热的氢被抛得远远的，其中有一些会克服太阳的巨大引力射入空间。质子就是氢的原子核，因此太阳的周围有一层质子云，还伴有少量复杂原子核。1958年，美国物理学家帕克把这种向外涌的质子云称作为“太阳风”。

向地球方向涌来的质子在抵达地球时，大部分会被地球自身的磁场推开。不过还是有一些会进入大气层，从而引起极光和各种电的现象。向地球方向射来的强大质子云的一次特大爆发，会产生“太阳风暴”的现象，这时，磁暴效应就会出现，这种“太阳风暴”是非常强悍的。

太阳风使彗星产生了“尾巴”。当彗星在靠近太阳时，星体周围的尘埃和气体会被太阳风吹到后面去。这一效应也在人造卫星上得到了证实。像“回声一号”那样又大又轻的卫星，就会被太阳风显著吹离原来的轨道。