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| 【視野】我國在太陽風起源方面研究獲得進展 |
| （時間:2011/10/18 10:09:17） |
過去幾年中，美國宇航局多次發(fā)出警告：2013年太陽會再次蘇醒，達到其活動高峰，可能會爆發(fā)更多強太陽風暴。如果一切成真，人類又沒有得力的應對措施，它會給我們帶來巨大經(jīng)濟損失。
太陽打“噴嚏”地球就“發(fā)燒”
1859年，英國天文學家卡林頓在觀察太陽黑子時，發(fā)現(xiàn)太陽表面出現(xiàn)了一道小小的閃光，它持續(xù)了幾分鐘。卡林頓認為自己碰巧看到一顆大隕石落在太陽上。
后來，有了更精良的觀測儀器，科學家發(fā)現(xiàn)這種太陽閃光和隕石毫不相干。有時，閃光過后地球上會一再出現(xiàn)奇怪的事情。一連幾天，極光都很強烈，甚至在溫帶地區(qū)都能看到。羅盤的指針也會不安分起來，發(fā)狂似的擺動。
隨著科技的進步，極光的奧秘也漸為人知，原來，這美麗的景象是太陽風與地球磁場合作表演的作品。另外彗星的兩條尾巴中的離子彗尾（另一條被稱為塵埃彗尾）也由太陽風造成，當彗星靠近太陽時，周圍的氣體會被太陽風吹到后面，形成長長的離子彗尾。
太陽風是來自太陽的一種稀薄而熾熱的等離子體物質(zhì)流，主要成分是質(zhì)子和電子。它的速度可達800公里/秒，是影響日地空間環(huán)境和空間天氣的主要原因之一。
“太陽風和太陽爆發(fā)的概念與我們?nèi)粘Ｌ鞖庵械娘L和風暴有點類似。”山東大學威海分校空間科學與物理學院教授夏利東對《科學時報》記者說，“相對時有發(fā)生的太陽爆發(fā)而言,太陽風在行星際空間中屬于常態(tài)存在，它有高速風和低速風之分，高速流和低速流相互作用可以形成所謂的‘共轉(zhuǎn)相互作用區(qū)’，它和地球磁層相互作用也能產(chǎn)生磁暴等影響航天器和航天員安全的殺手電子。特別是在太陽活動周的下降和極小期，較大的爆發(fā)比較少，影響地磁活動的主要因素便是冕洞高速太陽風及由此形成的‘共轉(zhuǎn)相互作用區(qū)’。”
太陽的活動對地球至關重要。資料表明，太陽風暴會引起地磁暴、電離層暴，并影響通訊，對地面的電力網(wǎng)、管道發(fā)送強大地磁感應電流，影響輸電、輸油、輸氣管線系統(tǒng)的安全。一次太陽活動導致的輻射增強對人體來說很容易達到多次X線檢查的輻射量。它還會引起人體免疫力下降，情緒波動，甚至造成車禍增多，氣溫增高。
科學家形象地把太陽風暴比喻為太陽打“噴嚏”。太陽一打“噴嚏”，地球往往會發(fā)“高燒”。
逐日觀風
自人類觀測到太陽風以來，太陽風的形成機制就成為人類想揭開的自然秘密。
盡管太陽風研究已經(jīng)有半個多世紀的歷史，但是太陽風起源問題目前還沒有得到最后解決。主要原因是沒有衛(wèi)星能靠近太陽去觀測，所有對其起源的研究都是基于模型得來的假說。為了了解太陽風起源和加速的本質(zhì)，美國計劃在不久的將來發(fā)射一顆太陽觀測衛(wèi)星，它能到達七八個太陽半徑的位置去實測太陽風。
幾年前，在空間天氣預防方面，我國除使用部分國內(nèi)資料外，絕大部分要依靠國外資料。因此提高我國對日地空間天氣及其引發(fā)的磁暴、高能粒子等危害的預報能力迫在眉睫。
2003年1月，在國家自然科學基金委地學部“關于推動空間天氣研究座談會”上，中科院院士涂傳詒等人提出的“夸父計劃”科學思想和基本概念得到了很多單位和專家的支持。
隨后，在國家自然科學基金委重點項目等的支持下，多個科研單位和高校在“夸父計劃”的科學背景、科學目標以及為實現(xiàn)科學目標要求配置的有效載荷等方面展開了預先研究。“夸父計劃”現(xiàn)已列入中國科學院空間科學探測先導性專項計劃。
“夸父計劃”的實施將使我國自主深空探測距離從“嫦娥計劃”的38萬公里推進到150萬公里，將顯著提高中國在國際航天領域的地位和形象，從根本上改變我國空間天氣業(yè)務主要依賴國外數(shù)據(jù)的現(xiàn)狀，使我國成為國際上最重要的空間天氣數(shù)據(jù)源之一。
“太陽風源區(qū)遍布太陽表面，其起源過程中可能發(fā)生多個關鍵物理過程，這些物理過程控制著日冕的加熱和太陽風的加速。因此，研究太陽風起源的物理過程是空間物理學的關鍵課題之一。但限于觀測手段，很多理論都沒有確認。”夏利東說，“對太陽風起源、源區(qū)的瞬態(tài)活動進行多溫度的高時空和譜分辨率的診斷也是‘夸父計劃’的科學目標之一。”
風生何處
過去十年中，我國學者對太陽風在幾種源區(qū)，包括極區(qū)和赤道冕洞、寧靜區(qū)、冕流和活動區(qū)邊緣的起源特征進行了系統(tǒng)研究，取得了在國際上有影響力的研究成果。
空間物理學界曾普遍認為，太陽風來自太陽表面日冕輻射較弱的開磁場區(qū)域，這種區(qū)域被稱為冕洞。我國學者利用衛(wèi)星觀測資料及日冕三維磁場構(gòu)建技術，獲得了冕洞源區(qū)的物理特性，發(fā)現(xiàn)太陽風初始流動起源于色球網(wǎng)絡組織單極磁場凝聚區(qū)，并且形成具有約10公里/秒的初始速度。
2005年，以涂傳詒為首的中德科學家小組在美國《科學》雜志發(fā)表研究論文，首次重構(gòu)極區(qū)冕洞開放磁場的三維結(jié)構(gòu)，確定太陽風初始外流的形成高度，由此提出了三維太陽風起源新圖像：太陽風起源所需的物質(zhì)和能量由周圍的中尺度閉合磁圈被對流攜帶與位于色球網(wǎng)絡的開放漏斗狀磁結(jié)構(gòu)發(fā)生重聯(lián)而供應。
隨后，我國學者還進一步分析了過渡區(qū)以上低日冕的多普勒藍移隨溫度的變化趨勢，找到了太陽風外流初始加熱、加速的證據(jù)，與太陽風沿多個磁漏斗外流并在日冕里匯合的圖像相吻合。此外，創(chuàng)建了物質(zhì)和能量由流管中部供應的太陽風起源新模型，重現(xiàn)觀測得到外流加熱和回流冷卻。
“對太陽風起源的新構(gòu)想得到學術界的重視。國外有學者評價為‘具有里程碑意義的成果’，使人們對太陽風源區(qū)有了更好的理解。”北京大學地球與空間科學學院教授何建森說。
《空間研究進展》雜志指出，如果這一概念正確，它將挑戰(zhàn)舊的概念，從根本上改變我們對于太陽風形成的觀點。
此外，過去10年來，我國學者在冕洞太陽風源區(qū)的瞬態(tài)現(xiàn)象研究中；在寧靜區(qū)的太陽風起源特征研究方面；在作為低速太陽風源區(qū)的冕流區(qū)研究方面都取得了不俗的成績。在國際高水平雜志發(fā)表論文近40篇，其中，在《科學》雜志上發(fā)表研究論文1篇，論文總的SCI引用近500次，先后獲陳嘉庚地球科學獎等多項獎勵。
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