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在剛剛結(jié)束的夏季，滾滾熱浪席卷全球多地，我國(guó)一些省份也酷熱難耐。眾所周知，地球的光和熱都源于太陽(yáng)，而隨著太陽(yáng)活動(dòng)逐漸劇烈起來(lái)，太陽(yáng)爆發(fā)現(xiàn)象也越來(lái)越頻繁。那么太陽(yáng)應(yīng)該為最近炙烤大家的熱浪負(fù)責(zé)嗎？太陽(yáng)活動(dòng)對(duì)航天器都有哪些影響？航天員和地面科研人員要如何應(yīng)對(duì)呢？

熱浪讓太陽(yáng)“背黑鍋”

如果大家使用加裝濾光片的望遠(yuǎn)鏡觀察太陽(yáng)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)表面有時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些黑色斑點(diǎn)，那便是太陽(yáng)黑子，也就是太陽(yáng)的強(qiáng)磁場(chǎng)聚集區(qū)。據(jù)估算，太陽(yáng)黑子所在的磁場(chǎng)強(qiáng)度大約是地球磁場(chǎng)強(qiáng)度的數(shù)千倍。

太陽(yáng)黑子

太陽(yáng)黑子的數(shù)量是太陽(yáng)活動(dòng)程度的標(biāo)志。日面上黑子越多，就意味著太陽(yáng)表面存在著越多的復(fù)雜磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)，爆發(fā)太陽(yáng)風(fēng)暴的可能性就越大。

19世紀(jì)中葉，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)黑子數(shù)量的變化規(guī)律：在11年周期中，黑子先增多，之后逐漸減少，最終回到周期開始時(shí)的水平。根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，天文學(xué)家將1755年定為第一個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)周期的起始年份。

當(dāng)然，太陽(yáng)活動(dòng)周期不是嚴(yán)格的11年，可能稍長(zhǎng)或稍短。例如，從1996年8月到2008年12月的第23個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)周期持續(xù)了12.3年，而之前的第22個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)周期僅持續(xù)了9.9年。

目前，我們正處于第25個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)周期的上升期：經(jīng)歷了2019年前后的“沉寂”，太陽(yáng)已經(jīng)重新活躍起來(lái)，黑子開始在太陽(yáng)表面上“成群結(jié)隊(duì)”出現(xiàn)。

然而，這并不意味著太陽(yáng)應(yīng)該為最近的地球熱浪負(fù)責(zé)。

實(shí)際上，太陽(yáng)向外放射的可見光、紅外波段的電磁波所承載的能量，都屬于電磁輻射的范疇，輸出相當(dāng)穩(wěn)定，所以大家曬太陽(yáng)不必?fù)?dān)心突然“爆燃”。人類長(zhǎng)期在地球附近進(jìn)行的測(cè)量表明，太陽(yáng)的輻射功率在太陽(yáng)活動(dòng)“高峰”和“低谷”的差距僅為0.1%左右。

雖然太陽(yáng)耀斑、日冕物質(zhì)拋射等現(xiàn)象在太陽(yáng)活動(dòng)高潮期間爆發(fā)更頻繁，極紫外、X射線等波段的輻射也顯著增強(qiáng)，但太陽(yáng)的大部分輻射能量由功率比較穩(wěn)定的可見光、紅外等波段承載，基本不隨太陽(yáng)活動(dòng)變化而劇變，因此近期地球極端天氣還要從地球大氣內(nèi)部多找原因。

3支“箭”射向地球

雖然太陽(yáng)不必為地球上的滾滾熱浪“背黑鍋”，但太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)卻會(huì)通過(guò)其他的途徑對(duì)人類活動(dòng)產(chǎn)生影響。

太陽(yáng)黑子之上存在著復(fù)雜的磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)。磁場(chǎng)在太陽(yáng)光球運(yùn)動(dòng)的作用下不斷積累能量，好像是弓箭手拉緊弓弦。當(dāng)能量累積到一定程度時(shí)，就會(huì)突然釋放，形成太陽(yáng)耀斑和日冕物質(zhì)拋射，將太陽(yáng)表面大量物質(zhì)和能量像離弦的箭一樣射向太空中。

具體來(lái)說(shuō)，劇烈的太陽(yáng)爆發(fā)會(huì)向太空中射出3支“箭”。

第一支“箭”是強(qiáng)電磁波，以光速飛行，在太陽(yáng)風(fēng)暴爆發(fā)8分鐘后可能打擊地球，引起地球電離層和中高層大氣的異常變化。

第二支“箭”是太陽(yáng)耀斑產(chǎn)生的高能帶電粒子，可能在太陽(yáng)風(fēng)暴爆發(fā)幾十分鐘后打擊地球。它們蘊(yùn)含的能量足以穿透航天器的保護(hù)層，干擾航天器的電子元器件正常工作。

第三支“箭”飛得沒(méi)那么快，給了地球 1～4天“喘息時(shí)間”，隨之而來(lái)的是每秒奔馳數(shù)千公里的日冕物質(zhì)及其攜帶的日冕磁場(chǎng)。要知道，這些物質(zhì)中的單個(gè)粒子的能量不如第二支“箭”那么強(qiáng)，但攜帶的日冕磁場(chǎng)像“鑰匙”，可以“連接”地球磁層頂端，打開地球的“護(hù)甲”，將物質(zhì)和能量源源不斷地輸入到地球磁場(chǎng)中，觸發(fā)整個(gè)地球磁場(chǎng)的劇烈擾動(dòng)，也就是地磁暴。

2003年10月至11月的超強(qiáng)太陽(yáng)風(fēng)暴期間，日本對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星ADEOS-2與地面失聯(lián)后報(bào)廢，更遙遠(yuǎn)的火星奧德賽號(hào)探測(cè)器上的1個(gè)科學(xué)載荷也意外停止工作，無(wú)法恢復(fù)。后來(lái)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，造成這些意外的“元兇”就是太陽(yáng)風(fēng)暴產(chǎn)生的高能粒子。

高能帶電粒子通過(guò)轟擊電子器件，有可能改變器件中的信息，造成設(shè)備運(yùn)行異常，迫使控制航天器一舉一動(dòng)的計(jì)算機(jī)死機(jī)，甚至徹底毀壞。所以航天器設(shè)計(jì)之初就要嚴(yán)格確保抗輻照能力、電磁防護(hù)性等指標(biāo)。

“飛天達(dá)人”要小心

相比飛船和空間站等航天器經(jīng)特殊處理的防護(hù)外殼，航天員在出艙活動(dòng)時(shí)僅僅穿著艙外航天服，保護(hù)措施有限。如果航天員沒(méi)看好天氣預(yù)報(bào)，選擇在空間天氣惡劣期間出艙行走，身體將面臨劇烈輻射“沖擊”，可能遭遇傷害，甚至威脅生命。

因此，近地軌道的航天員選擇出艙活動(dòng)時(shí)機(jī)，必須避開地球受到太陽(yáng)風(fēng)暴顯著影響的時(shí)間段。預(yù)計(jì)將迎來(lái)極其強(qiáng)烈的太陽(yáng)風(fēng)暴時(shí)，空間站上的航天員有可能還要轉(zhuǎn)移到防護(hù)性能更好的艙段中躲避。

不過(guò)，航天員在堅(jiān)固的空間站里也不是高枕無(wú)憂的。不計(jì)其數(shù)的微小天體撞擊有可能破壞空間站防護(hù)外殼，不經(jīng)意而來(lái)的輻射也可能威脅空間站內(nèi)部，航天員飛天前就要準(zhǔn)備好應(yīng)急預(yù)案。

眾所周知，地球大氣密度隨著高度增加而迅速減小，在近地軌道數(shù)百公里的高度上，大氣已經(jīng)相當(dāng)稀薄。但是，對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)的航天器來(lái)說(shuō)，這里的大氣阻力仍然是不可忽視的，更何況太陽(yáng)的強(qiáng)電磁輻射和地磁暴都會(huì)引起軌道上大氣密度提升。

1973年，當(dāng)美國(guó)首個(gè)空間站“天空實(shí)驗(yàn)室”開始在太空中運(yùn)行時(shí)，科學(xué)家預(yù)計(jì)它能在軌工作10年。然而，由于太陽(yáng)活動(dòng)比預(yù)期的情況更強(qiáng)烈，“天空實(shí)驗(yàn)室”所受阻力超出預(yù)期，軌道不斷下降，1979年7月最終墜入地球大氣層，提前結(jié)束了使命。

美國(guó)“天空實(shí)驗(yàn)室”

總之，最近很多地方異?？釤?，并不是太陽(yáng)活動(dòng)增強(qiáng)導(dǎo)致的，但由太陽(yáng)活動(dòng)引發(fā)的空間天氣變化會(huì)對(duì)航天技術(shù)系統(tǒng)和日常生活多方面產(chǎn)生顯著影響，值得人們?nèi)リP(guān)注、研究，并采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施。

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