2012年太阳与地球、人类的故事

　　2012年就要到了。近年来，伴随着地球自然灾害频发，以及电影《2012》的热映，引发了人们种种联想和猜测。其中，有关太阳活动的爆发会引起一系列灾害的说法，让人们对既熟悉又陌生的太阳充满了好奇。按照太阳活动的周期规律推算，2012年恰逢太阳活动的第24周期峰年，地球会不会对太阳活动产生一些不寻常的反应呢？

　　在即将进入2012年之际，3位来自中科院国家天文台的研究员，在中国科协举办的科学家与媒体面对面活动中，为公众作一场生动的科普报告。

　　2012是太阳活动普通年

　　记者：我们为什么要研究太阳活动？

　　邓元勇：首先，太阳和人类的生存息息相关，是地球的能源之源，因为地球自身不能提供能源，地球上所有的能源都来自于太阳，它既可能造福人类，也可能带来灾难。其次，太阳是惟一一颗能进行高分辨率详细观测和研究的恒星，是一个天然的天体物理实验室。理解、定量描述并预测太阳、日球和磁层动力学过程对人类活动的影响成为当今空间科学的主要目标和重大课题之一。最后，有关太阳磁场和磁化等离子体的研究是最核心的物理问题。因此太阳活动研究占有非常重要的地位。

　　记者：什么是太阳活动？

　　邓元勇：太阳由于温度很高，其中心的原子、分子不可能存在，它们被分离成了气态的离子和电子，整个太阳大气都是这样一种等离子体态。太阳内部的能量不断涌出，其表面动荡不安，这些运动的电荷产生磁场，而变化的磁场反过来又使得电荷更加地不稳定，因此太阳是一个巨大的、不稳定的磁球。

　　太阳内部的能量通过对流区不断交换出来，会引起非常复杂的电磁相互作用。这些电磁相互作用过程导致的太阳大气中的一切活动现象，就称为太阳活动。它主要表现为太阳黑子的兴衰、太阳耀斑的爆发、太阳风的扰动等等。轻微的或者一般性的太阳活动，叫做扰动，扰动激烈以后，就变成了太阳爆发。太阳爆发可以产生电磁波、高能粒子和日冕物质抛射，在整个太阳系进行扩散，对整个行星际空间也会产生影响。地球所处的行星际空间就是太阳风暴的影响范围。

　　记者：太阳活动有规律吗？2012是太阳活动高峰年吗？

　　王华宁：太阳活动有一个明显的周期性，称作太阳活动周。大约11年为一个周期，主要是以黑子出现的多少为标志。在太阳黑子出现频繁，导致太阳活动剧烈的时候，称为太阳活动的峰年，在太阳黑子很少，甚至没有的时候，称做太阳活动的低年或宁静年。

　　人类从18世纪开始记录太阳活动，并给太阳活动编上号码。本来按预测，2012年将是太阳活动的第24周期高峰年，而美国在制作电影《2012》的时候，很可能是基于这个缘由进行创作的。但预报是动态的，不是说了就不变了，而是要根据太阳活动的实际情况进行调整。现在国际太阳物理学界普遍认为这一周期的太阳活动高峰期大概在2013至2014年之间。2012年还不是24周期的最高年，对于太阳活动来讲只是一个普通年。第19个太阳活动高峰周期黑子相对数是200多，2013至2014年这第24个周期高峰要比它低得多——平均起来看，第24个周期预测黑子相对数是90左右，第19个周期都平安度过了，所以第24个周期肯定没什么问题。

　　记者：为什么这个周期的高峰年会推迟？

　　王华宁：从目前的研究看，第24周期的太阳活动相较前面几周期（如第19周期），活动强度或者高度在逐渐减弱，而活动周期相对延长。从一般规律来讲，如果太阳活动的高峰比较低，那么它的周期就会相应地拉长，峰年就可能向后推迟1到2年左右。而再下面的25、26周期的太阳活动高峰是不是会更弱呢？这种“活动周期异常问题”是太阳物理界非常感兴趣的研究热点。

　　太阳活动的“危害”在哪

　　记者：太阳活动会给地球带来像电影《2012》那样的灾害吗？

　　王华宁：太阳活动的因素和地球的各种灾害变化，在统计学上或许有一定联系，但如果想把单一的太阳爆发活动或一个具体的太阳活动现象与交通事故、人体健康密切联系起来，还是颇有难度的。

　　大家完全没有必要因为看了一部电影就忧虑这些事情。《2012》中地球毁灭的起因是由于太阳活动峰年的到来，太阳发出的中微子加热了地球的核心，这个说法是不合适的，因为中微子本身穿透力很强，虽然有一些质量，偶尔能被物质吸收，但是不可能大规模地被地球的中心吸收，若真有能够把地球加热的中微子，那么它在加热地球之前，所有地球上的生物就差不多消失殆尽了。

　　记者：太阳活动会对哪些方面产生影响？

　　邓元勇：事实上，太阳活动对人类的影响，在学术界被戏称为“高科技时代的富贵病”，因为太阳活动对老百姓生活通常不造成影响，也就是在太阳活动峰年时，紫外线辐射会增强，会增加患皮肤病的概率。

　　太阳活动的本质是太阳的电磁活动，是电和磁现象的变化。太阳活动对地球的影响包括：磁场、电离层和中高层大气。对人类社会的影响，主要是有可能损害高技术系统，如卫星、通信系统、输油管、电网等。这些系统都和电磁现象密切相关，因此会被太阳活动影响。一个大的太阳爆发，就是一次强烈的电磁辐射冲击过程，无论是高能粒子还是强烈的电磁辐射，都会对太空中的宇航员和空乘人员健康产生影响。

　　太阳活动会对卫星定位产生影响。太阳爆发时，卫星不能够正确地指示我们GPS所在的精确位置。太阳活动会干扰卫星的通信系统，以及干扰卫星本身的轨道位置，这会影响GPS导航的精度。

　　太阳辐射尤其是高能粒子、太阳的极紫外辐射，会导致地球的高层大气密度产生强烈变化，密度变化以后，就可能导致卫星的轨道变化，卫星便会失控，甚至可能直接导致卫星坠落。

　　对于民航系统来讲，太阳活动的变化，可能导致空乘人员与地面指挥系统的联络发生问题。其次可能影响空乘人员的身体健康，地球磁场在极地非常低，它的特殊结构使得高能粒子可以冲击到离地面很近的地方，所以跨极地飞行的时候，对空乘人员的健康会有影响。

　　对于电网系统，最典型的例子就是1989年3月，美国新泽西州大量的变压器由于强烈的太阳活动引起了大磁暴，导致了大面积的停电，这是太阳活动迄今为止对人类造成的最大的一次灾害。

　　因此太阳爆发的时候，对地球的影响，首先伤害的是电子系统并影响电器，之后通过电器影响到通信系统、定位系统，进而才会对我们的生活产生些许影响。真正需要防护的，还是在高科技领域。

　　走近太阳活动观测

　　记者：太阳活动是如何被观测的？

　　颜毅华：人类最早用肉眼观测太阳。有记录说，中国人是历史上最早记录太阳的，夏商周断代工程里也用到了关于日食的知识。人类对太阳黑子的最早文字记载是在中国。在西方，古希腊人最早观测过太阳黑子，但是后来被遗忘了，直到400年前，伽利略才用望远镜重新发现了它。

　　科学界公认，对太阳以及其他天文目标进行科学研究是从伽利略开始。对太阳比较重要的观测结果是1814年发现了太阳光谱中的谱线和第一次发现了日珥。150年前，人类第一次看到了太阳耀斑的瞬时闪现。到1938年，又解决了太阳的能量来源问题，即太阳的核反应过程。自人类进入卫星时代、空间时代以后，1957年又看到行星际物质。上世纪60年代末在矿井里安置探测仪器，也探测到了非常弱的太阳核反应过程中的中微子信号。

　　最近几十年来，OSO-7卫星首次观测到日冕物质抛射，首次看到太阳上的软X射线结构和各种波段的硬X射线。2006年，从多角度来看太阳的Stereo卫星可以构造出太阳活动现象的立体结构，2010年美国又发射新的太阳观测卫星。总之，关于太阳物理的研究方兴未艾，不断取得重大进展。

　　记者：我国在太阳活动观测方面处于什么位置？

　　颜毅华：太阳物理研究列入了我们国家中长期科学发展纲要。我国的太阳物理研究在国际上处于前沿地位，已经建成了一系列总体性能优良的观测设备，其中怀柔太阳观测站的太阳磁场和速度场望远镜、全日面磁场望远镜和太阳射电宽带动态频谱仪等已达到国际先进水平。太阳重点实验室属于国际前列的太阳物理研究室，从科学产出的影响力来说也在国际上名列前茅。

　　记者：国内观测太阳活动的最佳地点在哪里？

　　邓元勇：位于北京的天文台，随着观测条件的变化在历史上有过两次搬迁，最早在元大都，而后搬到沙河，现在坐落于怀柔。以前北京的怀柔太阳观测站是非常好的观测站点，但现在已经不是最好的。

　　在国内，相对来说只要雨季比较少，晴天数比较多的地方就可以用于太阳活动监测。如果一定要说哪里观测最好，中国的西部最好，因为晴天数一年300天以上，国内大部分的天文台都做不到。目前云南有一个可以媲美世界上最好的太阳观测台站的地址，即抚仙湖太阳观测站。