太陽風暴
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中文名稱： 太陽風暴 外文名稱： Solar storm 特點： 周期性、突發性、地域性 危害： 影響人類技術系統的正常運行 |
太陽風暴，為自然現象，是指太陽上的劇烈爆發活動及其在日地空間引發的一系列強烈擾動。太陽爆發活動是太陽大氣中發生的持續時間短暫、規模巨大的能量釋放現象，主要通過增強的電磁輻射、高能帶電粒子流和等離子體雲等三種形式釋放。太陽爆發活動噴射的物質和能量到達近地空間後，可引起地球磁層、電離層、中高層大氣等地球空間環境強烈擾動，從而影響人類活動。
"太陽風暴"並非科技術語，而是太陽爆發活動及其引起的近地擾動的一種形象和通俗的說法。這裡把太陽和地球空間看作一個整體，用太陽風暴一個概念綜合描述太陽爆發活動和對地空間環境影響兩個方面，既具有時代特色，又便於人們的理解。[1]
目錄
風暴由來
太陽爆發活動是太陽風暴的起源，它常常表現為兩種現象，一種是人類很早就觀測到的耀斑，一種是太陽爆發活動引起的各類地球空間環境擾動。
耀斑
耀斑是太陽電磁輻射突然增強的一種表現，在太陽觀測圖片上，耀斑常常表現為某區域的突然增亮。另外一種是較晚才觀測到的日冕物質拋射，它是太陽上一團帶有磁場的等離子體，脫離太陽束縛，向外拋出的現象。耀斑和日冕物質拋射不一定同時出現，它們發生時也可能會噴射出大量的高能帶電粒子，這些粒子主要是質子。增強的電磁輻射、高能帶電粒子和快速等離子體雲是太陽爆發活動噴射的主要能量和物質。
空間環境擾動
當太陽爆發的物質和能量朝向地球時，就可能引起地球空間環境的擾動，進而影響人類活動。不同太陽爆發活動到達地球空間的時間也不一樣。耀斑爆發時增強的地磁輻射以光速到達地球空間，時間只需約8分鐘，它主要引起電離層突然騷擾，影響短波通信環境。高能帶電粒子到達地球空間時間緩慢，約幾十分鐘，一方面它引起極區電離層電子密度增加，產生電波極蓋吸收事件，另一方面它會直接轟擊航天器，給航天器帶來輻射損傷等多種影響。日冕物質拋射的快速等離子體雲需要大約1天-4天的時間才能到達地球，它首先與地球的磁層發生相互作用，引起地球磁場變化，產生地磁暴，隨後引發地球空間高能電子暴、熱等離子體注入、電離層暴、高層大氣密度增加等多種空間環境擾動事件，對衛星運行、導航通信和地面系統產生一系列的影響。把太陽爆發中增強的電磁輻射、高能帶電粒子、快速等離子體雲先後對地球空間環境造成影響的過程形象的稱之為三輪"攻擊"。
極光
人類肉眼能看到颶風的到來，卻無法察覺太陽風暴的來臨。當太陽爆發的物質和能量在廣袤無垠的行星際空間中無影無形地擴散傳播，人類只能通過專門的探測儀器，才能感知太陽風暴的到來。唯一能用肉眼看到的太陽風暴現象是絢麗多姿的極光。
風暴特點
科學家通過對太陽活動和近地空間環境的檢測和研究，逐漸了解到太陽風暴的一些特點和規律，最為突出的是太陽風暴的周期性、突發性和地域性。
周期性
太陽風暴的周期性主要表現在太陽活動水平的周期變化上。太陽活動水平具有11年左右的周期變化特徵，有太陽活動高年和低年之分，從黑子數的多寡以及太陽10.7厘米射電流量的變化，就能很容易看出太陽活動的這種周期變化。
通常在太陽高年，太陽爆發活動較多，太陽風暴發生頻次較高，強度大。相反，在太陽活動低年，太陽爆發活動少，太陽風暴發生頻次低，強度相對較弱。
對於太陽黑子數，人類已經有23個太陽活動周期的完整記錄。第24太陽活動周起始於2008年12月，當前正處於太陽活動高年階段。
突發性
太陽風暴的周期性是一種長期統計規律。對於某次太陽爆發活動事件而言，其具體發生時間和爆發強度很難準確預報。相對於人類目前的認識水平，太陽風暴的發生具有很強的隨機性和突發性，類似目前人類雖然知道地球上有一些地震活躍帶，但卻無法準確預測某次地震發生的時間和強度。
雖然太陽爆發活動具有很強的突發性，但人類對它的影響並不是束手無策。由於地球空間環境擾動大部分發生在太陽爆發幾十分鐘至幾十小時之後，我們可以通過對太陽活動和地球空間環境的監測來分析預測太陽爆發引起的地球空間環境擾動的發生和發展。
地域性
太陽爆發引起的某種空間環境擾動，在地球空間中的不同位置，響應程度有所不用。這一方面是由地球空間環境自身的複雜變化規律決定的，另一方面也與太陽直接照射的區域不同有關。
主要危害
隨着科技的進步和信息化水平的不斷提高，太陽風暴的影響和危害日益凸顯。同時由於人類各種技術系統之間的關係日益錯綜複雜，太陽風暴影響的範圍更加廣泛，影響程度也不斷加劇。太陽風暴對地球的三輪攻擊會給人類的技術系統帶來多種影響和危害。按照技術系統分類，太陽風暴的影響主要有對衛星、無線電通信和地面技術系統三個方面的影響。
衛星安全運行
太陽爆發所噴射的高能帶電粒子到達地球附近後，使在軌衛星遭遇的高能帶電粒子急劇增加。這些高能帶電粒子具有極高的能量，能穿透衛星外殼，給衛星平台和攜帶的有效載荷帶來多種輻射效應。可能引起微電子器件邏輯錯誤，造成程序混亂，嚴重時可能造成器件內部短路、擊穿;也可能引起材料性能衰退，成像系統噪聲增加，太陽能電池效率降低。同時，高能帶電粒子還可能對宇航員造成輻射傷害。地磁暴期間，可能引起衛星的充/放電現象，放電脈衝可能干擾、破壞電子元器件的正常運行;高層大氣密度增加會改變地軌道衛星的運行姿態和軌道高度等。如果不對衛星進行合理的防護設計和科學的在軌管理，太陽風暴可能對衛星造成巨大影響，嚴重時甚至能導致整星失效。
自1957年人類進入太空以來，曾多次經歷衛星運行受太陽風暴影響的事例。太陽風暴導致衛星失效的事情也不乏其數。2000年的巴士底太陽風暴(因發生在法國大革命攻占巴士底獄的紀念日而得名)，使多顆衛星發生故障，一顆衛星失效。例如，美國地球靜止軌道環境業務衛星GOES-10大於2兆電子伏的電子傳感器發生故障，導致近兩天的數據沒有傳輸;美國先進成分探測衛星(ACE)的一些傳感器發生了臨時性故障;美國太陽與日球層觀測衛星(SOHO)的太陽能電池板輸出永久性退化，衛星減壽一年;美國"風"衛星(WIND)的主要傳輸功率有25%永久丟失;日本黎明試驗型X射線觀測衛星(AKEBONO)的計算機遭到破壞。日本的宇宙學和天體物理高新衛星(ASCA)是1993年發射的一顆X射線天文衛星，因這次事件而失去高度定位，導致太陽能電池板錯位而不能發電，於2001年3月墜入地球大氣層。
無線電通信導航系統
在太陽爆發活動對地球的三輪攻擊中，都會引起電離層的分層結構混亂，從而干擾原本正常工作的無線電通信。因此，只要發生太陽風暴，就會影響到人類的無線電通信。電離層擾動使短波無線電信號被部分或全部吸收，從而導致信號衰落或中斷;使衛星導航定位系統的精度下降，嚴重時甚至造成導航接收機失效，無法提供導航信息;使衛星通信的信噪比下降，誤碼率上升，通信質量下降，嚴重時可能造成衛星通信鏈路中斷。
太陽風暴干擾無線電通信的事例屢見不鮮。同樣在2000年的巴士底太陽風暴中，7月14日的大太陽耀斑引起我國北京、蘭州、拉薩和烏魯木齊等地的電波觀測站的短波無線電全部中斷。2006年12月初連續爆發的太陽耀斑對我國的短波無線電信號傳播造成嚴重影響，短波通信、廣播等電子信息系統發生大面積中斷或受到較長時間的嚴重干擾。12月13日北京時間10時40分前後，太陽又爆發一次大耀斑，廣州、海南、重慶等電波觀測站的短波探測信號從10時20分左右起發生全波段中斷，直至11時15分以後才逐步出現信號，13時30分以後基本恢復正常。
地面技術系統
太陽爆發活動對地球的第三輪攻擊會引起地磁暴，地球磁場的劇烈變化在地球表面誘生地磁感應電流，這種附加電流會使電網中的變壓器受損或者燒毀，造成停電事故。由於太陽風暴的襲擊，燈火通明的城市90秒內將變成一片漆黑，這就是所謂的"90秒災難"。此外，地磁感應電流還可能對長距離管線系統產生腐蝕，造成泄漏，影響石油、電纜等管線系統的正常運行。
在現代社會，電力已經成為人類生產生活不可或缺的部分。當太陽風暴來襲時，不僅電力系統本身將可能遭到重創，所有依賴電力的應用系統都將不堪一擊，進而造成更加嚴重的經濟損失。1989年3月的強太陽風暴曾使加拿大魁北克地區在寒冷的冬夜停電9小時，引起了國際社會的震驚和對太陽風暴的廣泛關注，這次事件是有關太陽風暴危害中引用最多的一次事件。正是由於太陽風暴存在諸多危害，而且威力遠遠超過人類製造的任何武器，有科學家形象地將它稱為來自自然界的"太空武器"。
人類健康
首先可以肯定的是，由於地球擁有磁場和稠密大氣層的雙重保護，地球上的環境要遠遠優於太空環境，各種有害射線和高能輻射都被阻擋在地球的大氣層以外，太陽風暴對地球形成的三輪攻擊也大多被地球磁層和大氣層化解。太陽風暴應該不會對人類健康形成直接嚴重的影響。也有一些統計研究指出，太陽風暴與一些傳染病、心血管疾病的發病率存在一定的相關性。但太陽風暴對人類健康會產生多大影響，影響機理是什麼，都尚無科學結論。