太阳的秉性，你了解多少？
编者按 ："浩瀚的太阳空天还有许多未知的奥秘有待探索" ，为此 ，秉多少中科院之声与中国科学院国家空间科学中心联合开设“Calling太空”科普专栏 ，性解为大家讲述有趣的太阳故事 ，介绍一些与空间科学和航天相关的秉多少知识 。太阳是性解什么 ？What ？这还问 ？万物之源啊 ！ ！太阳 ！秉多少提到“太阳”两字 ，性解优美的太阳旋律会脱口而出，“太阳太阳像一把金梭，秉多少月亮月亮像一把银梭……”哦 ，性解Sorry！太阳这首歌可能暴露了你的秉多少年龄，那来首小朋友的性解“我有一个美丽的愿望 ，长大以后能播种太阳……”除此之外 ，太阳有很多面也许你还不知道 。今天就一起了解一下这个熟悉但却又陌生 、似乎简单却又神秘的“巨星”吧 ！1 、你眼睛之外的太阳首先 ，太阳不是一个固体“大疙瘩”。太阳自身能够发光发热 ，其表面温度有5700℃ ，内部温度更高 ，在这样的高温条件下所有物质都被电离。因此 ，太阳本质上是个炽热的“大气球” 。构成这个气体球的化学成分以氢和氦为主，分别占太阳总质量的71％和27％ ，其它为各种重元素 。太阳半径约70万公里 ，是地球半径的109倍 ，大约相当于地月往返距离 。由此 ，可计算出太阳的体积为130万个地球的体积 。如果把直径25米的北京天文馆大圆顶比作太阳 ，那么地球只相当于一个足球的大小 。可见 ，相对地球来说 ，太阳绝对是一个庞然大物。（图片来源于https://image.baidu.com）如此之大的太阳 ，在地球上看来却不过圆盘大小 ，原因是太阳距离我们“太远”了。太阳距离地球大约1亿5千万公里 。这样长的距离 ，人们在日常生活中是难以想象的 。如果高速飞机以3600公里/小时的速度从地球昼夜不停地飞到太阳，大约需要4.75年 ，即使以第二宇宙速度11.2公里/秒飞行的火箭从地球到太阳，也需要154天 。不过 ，太阳光却只需大约8分钟就能走完。就像地球内部有分层结构 、外部有大气层一样 ，根据物理性质的不同，太阳从内到外也可分成若干层次 。我们肉眼看到的发光圆球只不过是太阳的一个圈层——光球。光球以内是太阳内部 ，从里到外依次分为核心 、辐射层和对流层；光球以外是色球和日冕 ，它们与光球统称为太阳大气 。太阳内部几乎集中了太阳的全部物质 。然而 ，由于来自内部的辐射被上面的太阳大气包裹得“密不透光” ，所以在地球上看不到这些层次，其性质只能依靠对太阳大气的观测来进行理论推测。（图片来源于《太阳风暴揭秘》）2 、长青春痘的太阳太阳的光球并非像肉眼通常看到的那样“光洁无瑕”，也会长“青春痘” ，其表面上时常会出现一些深暗色的斑点——太阳黑子 。因为“脸”大 ，“痘”也特别大。（图片来源于https://image.baidu.com）黑子其实并不黑 ，只是因为它的温度比光球低 ，才在明亮的光球背景衬托下显得黑 。导致黑子温度低的直接原因则是它自身具有强磁场 ，磁场强度约在1000～4000高斯之间 ，比地球上的磁场强度高上一万倍 。强磁场能够抑制太阳内部能量通过对流的方式向外传递。所以 ，当强磁场浮现到太阳表面时 ，该区域的背景温度缓慢地从5700℃降至4000℃左右 ，使该区域以暗点形式出现，即黑子产生 。黑子倾向于成群出现。一个发展成熟的典型黑子群由两部分组成 ，由于太阳自转，西边的部分总在前面，称为前导部分；与其对应 ，东边的就称为后随部分 。前导和后随黑子的磁场极性相反，一个表现得如北磁极（N） ，另一个则表现得如南磁极（S），这样的黑子群也因此称为双极黑子群。一般黑子“痘”越大 ，磁场极性越复杂 ，磁场强度越大 。（图片来源于《太阳风暴揭秘》）3、情绪起伏的太阳如果你是辅导过作业的家长，瞬间会被点燃 ，张牙舞爪 ，但也有心平气和的时候吧？万一熊孩子作业写对了呢 ？太阳 ，一样！（图片来源于
https://encyclopedia.thefreedictionary.com/Solarcycle）不过太阳的反应弧段要长一些 。国际上通常以太阳“脸”上的“青春痘――黑子”的多少来衡量其情绪的高低。从长期来看 ，日面上黑子数量的多少存在11年左右的周期变化 。1843年，德国天文爱好者施瓦布通过自己1826～1843年间的日常黑子观测，首次发现这一现象 。从长期的黑子相对数记录可见 ，黑子相对数的年均值明显表现出11年左右的周期性 ，最短为9.0年 ，最长为13.6年 。黑子相对数年均值的极大和极小年份，分别称为太阳活动的极大年（峰年）和极小年（谷年） 。通常，也将黑子相对数年均值相对较高的太阳活动极大年和其相邻的几年 ，称为太阳活动高年；黑子相对数年均值相对较低的太阳活动极小年和其相邻的几年，称为太阳活动低年 。（图片来源于《太阳风暴揭秘》）4 、暴脾气的太阳陪你家娃娃写作业时 ，手里最多拿鞋底 、尺子 、扫把……太阳呢？喷火啊 ！即我们说的太阳风暴 ！（图片来源于《太阳风暴揭秘》）太阳风暴是指太阳上的剧烈爆发活动及其在日地空间引发的一系列强烈扰动 ，是太阳大气中发生的持续时间短暂 、规模巨大的能量释放现象 ，主要通过增强的电磁辐射 、高能带电粒子流和等离子体云等三种形式释放 ，先后对地球空间环境造成影响 ，可以称之为三轮“攻击” 。第一轮 ，耀斑爆发时增强的电磁辐射以光速到达地球空间，时间只需约8分钟 ，它主要引起电离层突然骚扰 ，影响短波通信环境 。第二轮，高能带电粒子到达地球空间时间稍慢 ，约几十分钟 ，一方面它引起极区电离层电子密度增加 ，产生电波极盖吸收事件 ，另一方面它会直接轰击航天器 ，给航天器带来辐射损伤等多种影响 。第三轮，日冕物质抛射的快速等离子体云需要大约1～4天左右的时间才能到达地球 ，它首先与地球的磁层发生相互作用，引起地球磁场变化 ，产生地磁暴 ，随后引发地球空间高能电子暴、热等离子体注入、电离层暴 、高层大气密度增加等多种空间环境扰动事件 ，对卫星运行 、导航通信和地面系统产生一系列的影响 。（图片来源于Solar Storm movie）4、下次 ，什么时候发脾气？按照11年的变化周期 ，2020年处于第24个太阳周和第25周的交接期 ，也是太阳最最“温和”的时期 。那 ，下一次什么时候发脾气 ？“火”有多大 ？（图片来源于
https://encyclopedia.thefreedictionary.com/Solarcycle）纵观人类几百年来对太阳情绪变化的监测记录 ，太阳除了11年变化周期外 ，还有持续更长时间的起伏状态——称太阳极小期或太阳极大期 ，是指连续几十年低于或高于平均状态 。比如1645－1715年的Maunder极小期 ，1790－1820年的Dalton 极小期 ，1880-1914年Glassberg 极小期，1914－2007年Modern 极大期。（图片来源于
https://encyclopedia.thefreedictionary.com/Solarcycle）未来的第25周 ，比第24周强 ？弱？持平 ？或者是Maunder极小期or Dalton极小期将重复上演？如同“一万个人眼中有一万个哈姆雷特” ，10000个预测者就有9999个预测结果 ，那另1个呢？——统一预报结果 。国际太阳活动预报小组就承担着这个角色 ，无国界，不种族 ，收集各方面的预测结果，经过1 ，2 ，3次讨论之后，2019年底发布出一个综合结果 ，即第25周的强度与第24周相近 ，时间大概在2025年中旬 。（图片来源于
https://www.swpc.noaa.gov/news/solar-cycle-25-forecast-update）5 、请别小瞧第25周哦 ？看到这个预测结果 ，长吁一口气，第25周太阳“脾气”应该不会太大 ？No，No，No ，别小瞧了！回忆回忆第24周的爆发 ，会让你瞠目 。2012年7月“完美风暴” ：2012年7月 ，一个刚转出日面的黑子群爆发了极强的CME爆发事件 。此次事件可媲美于历史著名的1859年卡林顿事件 。CME以约3000km/s的速度迸发 ，测得1AU处太阳风速度高达2250km/s，为地球日常经历的太阳风速度的5倍 ，而磁场高达110nT ，为平常太阳风磁场的10倍 ，预测Dst指数达-1182nT 。卡林顿事件有啥影响？卡林顿事件发生期间，还处于工业革命时代 ，所以当年的“超强太阳风暴”只对电报行业造成了严重损害 。在太阳耀斑爆发17.5个小时后 ，来自美国东部 、英格兰 、斯堪的纳维亚半岛 、比利时、法国 、瑞士、普鲁士、奥地利 、意大利的托斯卡纳等广大地区的电报站机器都出现了闪火花现象 ，甚至电线也被熔化了。并且随着时间推移，波士顿至波特兰的电报线在没有电池的情况下，依靠地磁暴产生的电流持续工作长达两小时之久 。万幸 ，“完美风暴”并不正对地球（太阳背面） 。若7月23日的爆发提前一周甚至更早发生 ，地球将会经历罕见的超级太阳风暴的侵袭 。根据美国空间研究委员会的估计 ，这样的太阳风暴对现代科技社会造成的损失将高达数10亿美元 ，社会恢复周期为4～10年 。（图片来源于www.heloviewer.org）因此，未来的第25太阳活动周 ，脾气是会有的 。若阻止不了，那还需人类认真看待 ，积极应对！