【博科園-科學(xué)科普】肉眼看來，太陽以一種持續(xù)穩(wěn)定的狀態(tài)，在人類的歷史中沒有變化。（不要用裸眼看著陽光）但是通過望遠鏡觀測到電磁波的不同部分揭示了太陽真實本質(zhì)：一個變化動態(tài)的等離子體，可見太陽生命是“”混亂”的，而這種動態(tài)的磁湍流造成了太空天氣。
【博科園-科學(xué)科普】肉眼看來，太陽以一種持續(xù)穩(wěn)定的狀態(tài)，在人類的歷史中沒有變化。（不要用裸眼看著陽光）但是通過望遠鏡觀測到電磁波的不同部分揭示了太陽真實本質(zhì)：一個變化動態(tài)的等離子體，可見太陽生命是“”混亂”的，而這種動態(tài)的磁湍流造成了太空天氣。
圖注：這張?zhí)柋砻鎴D像的較暗區(qū)域是北半球極地日冕的南部延伸。日冕洞是來自太陽快速移動粒子流的來源，并會引起地球上的極光。圖片信息及版權(quán)：NASA/SDO
太空天氣對地球上的人來說幾乎是不可見的，但我們能看到的部分是大自然最令人驚嘆的景象之一：極光。當(dāng)來自太陽的高能物質(zhì)撞擊地球磁場時，極光就會被觸發(fā)。其結(jié)果是在南北高緯度地區(qū)看到的波光粼粼的彩色條紋，也被稱為北極光和南極光。（小科普：除了地球有極光外，其他行星如土星木星等都有極光，這都是行星磁場和太陽的功勞）
圖注：這張照片拍攝于2017年9月，由一名宇航員在國際空間站上拍攝。圖片信息及版權(quán)：NASA
有兩件事可以引起極光，但都是從太陽開始。第一種是太陽耀斑，太陽表面高度活躍的區(qū)域產(chǎn)生更多的太陽耀斑（這是突然的），局部的太陽亮度的增加。通常情況下太陽耀斑會伴隨著日冕物質(zhì)拋射(CME)。日冕物質(zhì)拋射是物質(zhì)和電磁輻射進入空間的過程。這種磁化等離子體主要是質(zhì)子和電子。日冕物質(zhì)拋射通常只是分散到空間中，但并非總是如此，如果它的目標(biāo)是地球的方向，地球極圈很可能會得到更多的極光活動。
極光的第二個原因是太陽表面的日冕洞。日冕洞是太陽表面的一個區(qū)域，它比周圍的區(qū)域更冷，密度也更小。日冕洞是來自太陽的快速流動的物質(zhì)來源。無論是來自太陽耀斑的活躍區(qū)域，還是來自日冕洞，結(jié)果都是一樣的。當(dāng)太陽輻射中釋放出帶電的粒子有足夠的能量在地球磁層中撞擊帶電粒子時都可以被強迫進入高層大氣，當(dāng)?shù)竭_大氣層時就會釋放能量，這使得大氣中的成分與之反應(yīng)發(fā)出光。
任何目過睹極光的人都知道光有多么驚人，光的變化和閃爍模式令人著迷。極光發(fā)生在一個被稱為極光橢圓的區(qū)域，它偏向于地球的夜晚。這個橢圓被更強的太陽輻射所擴大。因此當(dāng)觀測太陽表面的活動增加時通?？梢灶A(yù)測出更明亮的極光，因為極光橢圓的擴大，在南緯地區(qū)會更加明顯。
圖注：這張照片是新西蘭的南極光。圖片：Paul Stewart, Public Domain, CC 1.0 Universal
在過去的幾天里，太陽表面發(fā)生的一些事情可能預(yù)示著近幾晚的地球極光。一種稱為跨赤道日冕洞的特征正面對地球，這可能意味著強烈的太陽風(fēng)將來襲。如果是這樣的話，在晚上往北或向南極圈范圍看都能看到極光。當(dāng)然極光只是太空天氣的一個方面。它們就像彩虹，因為很漂亮，而且是無害的。但是太空天氣可能會更強大，而且會產(chǎn)生比極光更大的影響。這就是為什么人們越來越多的努力通過觀察太陽來預(yù)測太空天氣。
足夠強大的太陽風(fēng)暴能夠產(chǎn)生足夠強的日冕物質(zhì)拋射（CME），足以破壞電力系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和衛(wèi)星等。1859年的卡靈頓事件就是這樣的事件。它產(chǎn)生了有史以來最大的太陽風(fēng)暴之一。那場風(fēng)暴發(fā)生在1859年9月1日和2日，在此之前太陽黑子的數(shù)量增加了，而伴隨CME的耀斑也被天文學(xué)家觀測到了。這場風(fēng)暴造成的極光被認(rèn)為遠在加勒比海的南部。
圖注：太陽黑子是太陽表面的黑暗區(qū)域，比周圍的區(qū)域要涼爽（溫度更低），它們形成磁場特別強的地方，太陽黑子附近高度活躍的磁場常常引起太陽耀斑。圖片版權(quán)：NASA/SDO/AIA/HMI/Goddard Space Flight Center
今天同樣的風(fēng)暴在現(xiàn)代科技世界，將會造成嚴(yán)重的破壞。2012年發(fā)現(xiàn)了一場破壞力巨大的風(fēng)暴。在卡靈頓事件中，一對像卡靈頓事件一樣強大的日冕物質(zhì)拋射（CMEs）向地球襲來，只是險些撞上地球。自1859年以來，已經(jīng)了解了很多關(guān)于太陽和太陽風(fēng)暴的知識?，F(xiàn)在連小學(xué)生都知道太陽活動是周期性的——周期11年，從太陽活動最大值到最小值。最大值和最小值對應(yīng)于最大太陽黑子活動和最小太陽黑子活動的周期。
當(dāng)太陽活動處于周期的最小值時，大多數(shù)日冕物質(zhì)拋射（CMEs）來自日冕洞。美國宇航局的太陽動力學(xué)觀測臺(SDO)，以及聯(lián)合ESA/NASA太陽和日光層天文臺(SOHO)是研究太陽的太空觀測站。SDO聚焦于太陽及其磁場，以及變化如何影響地球上的生命和我們的技術(shù)系統(tǒng)。SOHO研究了太陽內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和行為，以及太陽風(fēng)是如何產(chǎn)生的。
有幾個網(wǎng)站允許任何人查看太陽觀測數(shù)據(jù)，并了解什么太空天氣可能會到來：美國國家海洋和大氣管理局的太空氣象預(yù)報中心有一系列的數(shù)據(jù)和可視化數(shù)據(jù)，以幫助人們了解太陽的情況。向下滾動到極光預(yù)測，觀看預(yù)期的極光活動的可視化影像。美國國家航空航天局的太空天氣網(wǎng)站包含了各種關(guān)于美國宇航局在太空天氣的任務(wù)和發(fā)現(xiàn)的新聞。SpaceWeatherLive是一個志愿者運營網(wǎng)站，提供關(guān)于太空天氣的實時信息。甚至可以報名接收即將到來的極光和其他太陽活動的警報。
知識：科學(xué)無國界，博科園-科學(xué)科普
作者：Evan Gough
