太陽(yáng)長(zhǎng)了一張麻子臉，“麻子”還越來越多了？根據(jù)比利時(shí)皇家觀測(cè)臺(tái)公布的國(guó)際太陽(yáng)黑子數(shù)據(jù)，今年6月，太陽(yáng)表面出現(xiàn)了160多個(gè)太陽(yáng)黑子，這是20多年來太陽(yáng)黑子數(shù)最多的一個(gè)月。有文章稱，未來2-3年太陽(yáng)活動(dòng)愈加極端，可能發(fā)生災(zāi)害性很強(qiáng)的太陽(yáng)風(fēng)暴，而在8月6日和8日，太陽(yáng)連續(xù)爆發(fā)了兩次較強(qiáng)的X級(jí)耀斑事件，似乎也驗(yàn)證了這個(gè)預(yù)測(cè)，這引起了公眾的廣泛關(guān)注和擔(dān)憂。

那么，太陽(yáng)風(fēng)暴是一種什么現(xiàn)象？災(zāi)害性的超強(qiáng)太陽(yáng)風(fēng)暴真會(huì)發(fā)生嗎？我們今天就來聊聊這個(gè)話題。

1.觀測(cè)太陽(yáng)大氣可知其“動(dòng)向”

太陽(yáng)不是一個(gè)固體，能夠發(fā)光發(fā)熱的它，其表面溫度有5700℃，內(nèi)部溫度更高，在這樣的高溫條件下所有物質(zhì)都會(huì)被電離。因此，太陽(yáng)本質(zhì)上是個(gè)熾熱的“大氣球”，構(gòu)成它的化學(xué)成分以氫和氦為主，分別占總質(zhì)量的71%和27%，其它成分為各種重元素，如氧、碳、氖、鐵等。

太陽(yáng)半徑約70萬公里，是地球半徑的109倍，相當(dāng)于地月往返距離。由此，可計(jì)算出太陽(yáng)的體積為130萬個(gè)地球的體積。如果把直徑25米的北京天文館大圓頂比作太陽(yáng)，那么地球只相當(dāng)于一個(gè)足球大小?？梢?，相對(duì)地球來說，太陽(yáng)絕對(duì)是一個(gè)龐然大物。

如此巨大的太陽(yáng)在地球上看卻不過圓盤大小，原因是太陽(yáng)距離我們太遠(yuǎn)了——大約1億5千萬公里。速度3600公里/小時(shí)的高速飛機(jī)從地球晝夜不停地飛到太陽(yáng)，大約需要4.75年；即使以第二宇宙速度11.2公里/秒飛行的火箭從地球到太陽(yáng)，也需要154天。不過，這段遙遠(yuǎn)的路程，太陽(yáng)光只需約8分鐘就能走完。

就像地球內(nèi)部有分層結(jié)構(gòu)、外部有大氣層一樣，根據(jù)物理性質(zhì)的不同，太陽(yáng)從內(nèi)到外也可分成若干層次。我們?nèi)庋劭吹降陌l(fā)光圓球只不過是太陽(yáng)的一個(gè)圈層——光球。光球以內(nèi)是太陽(yáng)內(nèi)部，從里到外依次為核心、輻射層和對(duì)流層；光球以外是色球和日冕，它們與光球統(tǒng)稱為太陽(yáng)大氣。

太陽(yáng)內(nèi)部幾乎集中了太陽(yáng)的全部物質(zhì)。然而，由于來自內(nèi)部的輻射被上面的太陽(yáng)大氣包裹得“密不透光”，所以在地球上看不到這些層次，其性質(zhì)只能依靠對(duì)太陽(yáng)大氣的觀測(cè)來進(jìn)行理論推測(cè)。

通過對(duì)不同層次太陽(yáng)大氣的監(jiān)測(cè)，科學(xué)家可以從中獲取太陽(yáng)爆發(fā)的基本信息。通過光球?qū)佑^測(cè)，可以看到太陽(yáng)黑子的轉(zhuǎn)入、轉(zhuǎn)出（日面）的時(shí)間，在日面上的大小變化等；通過色球?qū)?，可以看到日面上是否有耀斑、日珥等現(xiàn)象；通過對(duì)日冕層的觀測(cè)，可以看到冕洞、冕環(huán)，最重要的是可以判斷日冕物質(zhì)拋射的方向和強(qiáng)度，為是否會(huì)對(duì)地球產(chǎn)生影響提供預(yù)測(cè)依據(jù)。

2.太陽(yáng)黑子實(shí)為強(qiáng)磁場(chǎng)聚集地

那太陽(yáng)風(fēng)暴是怎么產(chǎn)生的呢？這就要先說說太陽(yáng)黑子了。

太陽(yáng)的光球并非像肉眼看到的那樣光潔，也會(huì)長(zhǎng)“青春痘”，科學(xué)家把這種時(shí)常出現(xiàn)的深暗色斑點(diǎn)稱為“太陽(yáng)黑子”。因?yàn)樘?yáng)“臉”大，“痘”自然也不小，一個(gè)中等大小的黑子大概和地球差不多大。

其實(shí)，太陽(yáng)黑子并不黑，只是因?yàn)樗臏囟缺裙馇虻停诿髁恋墓馇虮尘耙r托下顯得黑而已。太陽(yáng)黑子溫度低的直接原因是它自身具有強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)強(qiáng)度在1000-4000高斯之間，比地球上的磁場(chǎng)強(qiáng)度高出1萬倍。強(qiáng)磁場(chǎng)能夠抑制太陽(yáng)內(nèi)部能量通過對(duì)流的方式向外傳遞。所以，當(dāng)強(qiáng)磁場(chǎng)浮現(xiàn)到太陽(yáng)表面時(shí)，該區(qū)域的背景溫度會(huì)從5700℃緩慢降至4000℃左右，使該區(qū)域以暗點(diǎn)形式出現(xiàn)，即黑子產(chǎn)生。

黑子傾向于成群出現(xiàn)。一個(gè)發(fā)展成熟的典型黑子群由兩部分組成，因太陽(yáng)自轉(zhuǎn)的原因，西邊的部分總在前面，稱為前導(dǎo)部分；東邊的部分則稱為后隨部分。前導(dǎo)黑子和后隨黑子的磁場(chǎng)極性相反，一個(gè)表現(xiàn)得如北磁極（N），另一個(gè)則表現(xiàn)得如南磁極（S），所以這樣的黑子群也被稱為雙極黑子群。一般情況下，黑子越大，磁場(chǎng)極性越復(fù)雜，磁場(chǎng)強(qiáng)度也越大。

太陽(yáng)風(fēng)暴實(shí)際上就是太陽(yáng)物質(zhì)和能量掙脫磁場(chǎng)束縛的一次釋放過程，而太陽(yáng)黑子正是這場(chǎng)“博弈”的關(guān)鍵位置，因此，可以說太陽(yáng)黑子就是太陽(yáng)風(fēng)暴的源頭。

從長(zhǎng)期來看，太陽(yáng)黑子數(shù)量的多少存在11年左右的周期變化。1843年，德國(guó)天文愛好者施瓦布通過1826-1843年間的日常黑子觀測(cè)，首次發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象。黑子相對(duì)數(shù)年均值的極大和極小年份，分別稱為太陽(yáng)活動(dòng)的極大年（峰年）和極小年（谷年）。通常，科學(xué)家也將黑子相對(duì)數(shù)年均值相對(duì)較高的太陽(yáng)活動(dòng)極大年和其相鄰的幾年，稱為太陽(yáng)活動(dòng)高年；黑子相對(duì)數(shù)年均值相對(duì)較低的太陽(yáng)活動(dòng)極小年和其相鄰的幾年，稱為太陽(yáng)活動(dòng)低年。

3.黑子越多太陽(yáng)風(fēng)暴頻次越高

“風(fēng)暴”在《辭?！分械慕忉尀椋汗未箫L(fēng)而且同時(shí)有大雨的天氣現(xiàn)象，比喻規(guī)模大而氣勢(shì)猛烈的事件或現(xiàn)象。所謂太陽(yáng)風(fēng)暴，是人們對(duì)太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)及其引起近地?cái)_動(dòng)的一種形象和通俗的說法，其結(jié)果會(huì)對(duì)我們的衛(wèi)星運(yùn)行、導(dǎo)航通信、地面系統(tǒng)產(chǎn)生一系列影響。

從記錄的第一個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)周期算起（以1755年極小年起算的活動(dòng)周為第1太陽(yáng)活動(dòng)周），人類已經(jīng)有24個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)周期的完整記錄。其中，有的活動(dòng)周太陽(yáng)黑子數(shù)整體偏低，屬于弱活動(dòng)周；有的活動(dòng)周太陽(yáng)黑子數(shù)整體偏高，屬于強(qiáng)活動(dòng)周。

根據(jù)歷史資料統(tǒng)計(jì)，一個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)周中太陽(yáng)風(fēng)暴的發(fā)生頻次，與太陽(yáng)活動(dòng)周的總體強(qiáng)度基本呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系，即太陽(yáng)活動(dòng)周的黑子數(shù)愈多，活動(dòng)周愈強(qiáng)，太陽(yáng)風(fēng)暴的次數(shù)就愈多、強(qiáng)度愈強(qiáng)；太陽(yáng)活動(dòng)周的黑子數(shù)愈少，活動(dòng)周愈弱，太陽(yáng)風(fēng)暴的次數(shù)則愈少、強(qiáng)度愈弱。

此外，在一個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)周中，比較劇烈的太陽(yáng)風(fēng)暴都發(fā)生在太陽(yáng)活動(dòng)高年。例如，史上最強(qiáng)太陽(yáng)風(fēng)暴——卡林頓事件，發(fā)生在1759年，是第1太陽(yáng)活動(dòng)周的高年；讓世人矚目的加拿大魁北克大停電事件，發(fā)生在1989年，是第23太陽(yáng)活動(dòng)周的高年；引起多顆衛(wèi)星故障的萬圣節(jié)事件，發(fā)生在2003年，是第24太陽(yáng)活動(dòng)周的高年。

太陽(yáng)風(fēng)暴對(duì)于地球的影響細(xì)分起來，可形象地稱之為3輪“攻擊”。

第一輪：耀斑爆發(fā)影響短波通信

太陽(yáng)耀斑爆發(fā)時(shí)增強(qiáng)的電磁輻射以光速奔跑，只需約8分鐘即可到達(dá)地球空間，會(huì)導(dǎo)致地球向陽(yáng)面電離層的電離迅速增加，電離層發(fā)生短波吸收現(xiàn)象，從而影響短波通信（短波通信是一種利用短波無線電波進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于軍事、民航、海運(yùn)、天氣預(yù)報(bào)、緊急救援等領(lǐng)域）。

第二輪：高能粒子引發(fā)太陽(yáng)質(zhì)子事件

高能帶電粒子的速度相對(duì)較慢，約幾十分鐘后到達(dá)地球空間，主要導(dǎo)致地球中高軌道尤其是同步軌道高度的高能質(zhì)子等粒子通量急速上升，發(fā)生太陽(yáng)質(zhì)子事件。這時(shí)，軌道上的航天器周圍如同遭遇了一場(chǎng)高能帶電粒子“暴雨”的襲擊，粒子像高速飛行的子彈，能夠擊穿幾毫米厚的金屬，襲擊航天器內(nèi)的微電子器件等，具有很強(qiáng)的破壞性。它們會(huì)造成航天器發(fā)生異常或故障，給在軌航天器的安全運(yùn)行帶來巨大威脅，甚至損壞航天器。

第三輪：快速等離子體云可影響衛(wèi)星運(yùn)行

太陽(yáng)從日冕拋射出的快速等離子體云1-4天到達(dá)地球，會(huì)與地球的磁層發(fā)生相互作用，引起全球性磁場(chǎng)的劇烈震蕩，發(fā)生地磁暴。當(dāng)發(fā)生強(qiáng)地磁暴時(shí)，會(huì)導(dǎo)致地球低軌道大氣密度急劇增大，對(duì)衛(wèi)星的拖曳效應(yīng)迅速上升，引起衛(wèi)星軌道的快速衰減；同時(shí)大量熱等離子體的注入，可導(dǎo)致衛(wèi)星表面充電電位升高，發(fā)生靜電放電現(xiàn)象，從而引起航天器異常；地磁暴發(fā)生及其后數(shù)天，可能引發(fā)高能電子暴，而高能電子具有極強(qiáng)的穿透力，會(huì)在衛(wèi)星附近產(chǎn)生高達(dá)數(shù)千伏的電壓差，由此引起的放電脈沖可損壞衛(wèi)星材料、破壞電子器件，甚至導(dǎo)致衛(wèi)星報(bào)廢；地磁暴還可能引發(fā)電離層暴，使全球?qū)Ш蕉ㄎ痪认陆怠?/p>

地球上可以用肉眼觀測(cè)到的最壯觀空間天氣現(xiàn)象“極光”，就與太陽(yáng)風(fēng)暴息息相關(guān)。如果想看極光，在太陽(yáng)風(fēng)暴第三輪攻擊到來之前，去地理緯度高的地方靜等便可。因?yàn)楫?dāng)大量的等離子體注入到北極、南極地區(qū)的電離層時(shí)，它們會(huì)與高層大氣分子、原子進(jìn)行撞擊，從而形成絢爛多彩的極光。

4.峰年將至但談不上“災(zāi)難”

當(dāng)前，我們正處于第25太陽(yáng)活動(dòng)周高年前夕。美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）聯(lián)合美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局（NOAA）牽頭成立的第25太陽(yáng)活動(dòng)周預(yù)測(cè)專家組（由來自美國(guó)、中國(guó)、加拿大、英國(guó)和日本等國(guó)的12名科學(xué)家組成）預(yù)測(cè)，雖然第25活動(dòng)周的太陽(yáng)活動(dòng)水平比第24太陽(yáng)活動(dòng)周略高，但仍然屬于一個(gè)弱活動(dòng)周，低于過去24個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)周的平均水平。不過，由于太陽(yáng)風(fēng)暴的發(fā)生具有偶發(fā)性，不排除發(fā)生強(qiáng)太陽(yáng)風(fēng)暴的可能。

從數(shù)據(jù)來看，自2019年12月進(jìn)入第25太陽(yáng)活動(dòng)周以來，截至今年8月的近4年時(shí)間里，太陽(yáng)活動(dòng)整體水平一直穩(wěn)步上升。表征太陽(yáng)活動(dòng)水平的太陽(yáng)黑子數(shù)平滑月均值（平滑值是指在一個(gè)數(shù)據(jù)序列中，用某個(gè)值來平滑相鄰的兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，以使數(shù)據(jù)變得更加平滑或減少波動(dòng)）從2019年12月的2上升至今年1月的113，接近第24太陽(yáng)活動(dòng)周的峰值116。而今年6-7月，太陽(yáng)黑子數(shù)的月均值為160左右，已超過第24太陽(yáng)活動(dòng)周的峰值146，是自2002年10月以來的最高值。根據(jù)監(jiān)測(cè)顯示，本活動(dòng)周的太陽(yáng)活動(dòng)仍處于上升趨勢(shì)中。

但站在宏觀角度來分析，在過往的4年攀升過程中，雖然發(fā)生了多次太陽(yáng)風(fēng)暴，但頻次和強(qiáng)度仍然偏低。例如，在2020-2022年，標(biāo)志著太陽(yáng)風(fēng)暴首輪攻擊的耀斑事件，共爆發(fā)214個(gè)M 級(jí)耀斑、9個(gè)X級(jí)耀斑（X級(jí)屬于大耀斑）。其中，最強(qiáng)級(jí)別的耀斑為X2.2級(jí)，發(fā)生在2022年4月20日，由于爆發(fā)位置位于日面西邊緣且持續(xù)時(shí)間短，只引起亞太地區(qū)比較明顯的電離層突然騷擾，并未引發(fā)太陽(yáng)質(zhì)子事件、地磁暴等第二輪、第三輪攻擊事件。標(biāo)志著第二輪攻擊的太陽(yáng)質(zhì)子事件，只發(fā)生了6次小質(zhì)子事件，對(duì)在軌航天器基本沒構(gòu)成威脅。標(biāo)志著第三輪攻擊的地磁暴，算是比較頻繁，共有166個(gè)時(shí)段（一個(gè)時(shí)段為3小時(shí)）發(fā)生地磁暴，有6個(gè)時(shí)段為大磁暴級(jí)別。其中，最強(qiáng)的一次地磁暴事件發(fā)生在2021年11月4日，地磁Ap指數(shù)（地球磁場(chǎng)活動(dòng)的一個(gè)指標(biāo)，主要用于監(jiān)測(cè)太陽(yáng)風(fēng)暴和地磁暴的強(qiáng)度和頻率）為69，屬中等強(qiáng)度的地磁暴。

今年以來，太陽(yáng)活動(dòng)上升到一個(gè)新水平，太陽(yáng)風(fēng)暴的發(fā)生頻次也有所增加。從1月份至8月份，太陽(yáng)累計(jì)出現(xiàn)了225個(gè)太陽(yáng)黑子，接近2022年全年的261個(gè)，這導(dǎo)致了太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)的頻繁發(fā)生。截至目前，太陽(yáng)發(fā)生了11次X級(jí)耀斑，超過了2020-2022年的總和。其中，最強(qiáng)級(jí)別仍為X2.2級(jí)，發(fā)生在2月18日，爆發(fā)位置位于日面東邊緣，引起了東太平洋地區(qū)比較明顯的電離層突然騷擾。巧合的是，其它10次X級(jí)耀斑事件的爆發(fā)位置也都比較偏，沒有引發(fā)太陽(yáng)質(zhì)子事件、地磁暴等。

這些數(shù)據(jù)表明，太陽(yáng)峰年即將到來，太陽(yáng)臉上的“麻子”會(huì)更多，“脾氣”會(huì)更暴，太陽(yáng)風(fēng)暴也遲早會(huì)來。預(yù)計(jì)在2025年前后，地球會(huì)遭受更多的高能粒子和頻繁高速太陽(yáng)風(fēng)的沖擊。

中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心的空間環(huán)境預(yù)報(bào)中心也做好了準(zhǔn)備，利用天地基觀測(cè)設(shè)備全天候監(jiān)視太陽(yáng)的一舉一動(dòng)，做好太陽(yáng)風(fēng)暴的預(yù)警工作，并向衛(wèi)星運(yùn)行、導(dǎo)航通信等部門及時(shí)發(fā)布耀斑、太陽(yáng)質(zhì)子事件和地磁暴等各類預(yù)警信息，以便提早做好規(guī)避和防護(hù)，如耀斑期間提高短波頻率、調(diào)整航天員出艙窗口以規(guī)避太陽(yáng)高能粒子等。

總之，太陽(yáng)黑子、耀斑等太陽(yáng)活動(dòng)是太陽(yáng)系內(nèi)的自然現(xiàn)象，必然會(huì)對(duì)地球產(chǎn)生一定影響。但是，地球擁有強(qiáng)大的磁場(chǎng)和大氣層，科學(xué)家也在積極研究保護(hù)地球和人類的技術(shù)手段。相信隨著科技水平的不斷提高，未來人類將會(huì)更好地應(yīng)對(duì)太陽(yáng)風(fēng)暴等現(xiàn)象帶來的影響，并繼續(xù)探索宇宙的奧秘。

（作者為中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心研究員）