等離子體被太陽磁場塑造成有形狀的狀態

2021-01-17 冥維空間

太陽,圓潤而平靜,然而它也會突然朝隨機方向射出輻射和粒子,這些物質擊中地球後會對地球上的生命造成嚴重的影響,這種危害是如何產生的?危害又會有多嚴重?我們如何能做到未雨綢繆!

等離子體被太陽磁場塑造成有形狀的狀態

即使太陽看起來非常結實,但它實際上更像一片滾燙的海洋,溫度高到可將原子分解,釋放出的電子和原子核相互環繞流動形成等離子體,等離子體被太陽磁場推動並塑造成一定的形狀,就像太陽的重力場延伸向各行星並將它們束縛在公轉軌道上一樣,但是磁力和重力有很大的區別。

磁力——屬於一種被稱作電磁力的複合力,電流產生磁場,磁場又產生電流,在太陽表面,帶電質子和電子組成的等離子體,在運動時會產生磁場,這個磁場促成了粒子的定向流動,粒子被困在名為「太陽發電機」的一處動態反饋迴路中,也就是它維持著太陽的磁場,這個磁場儲存著巨大的能量並不斷向太陽系釋放,它帶有一小股持續的太陽粒子流,就像一陣小雨,因此名為「太陽風」。

它的存在好比太空中的氣象,但它並不總是如此平靜柔和,隨著太陽的等離子體圍繞自身攪動和流動,它的磁場會受到很大的幹擾因此會變形扭曲,這個過程產生並匯聚了巨大能量的磁結,當磁結像繞在一起的彈簧一樣爆發性地分裂開來,太陽會將等離子體這種可怕的能量噴向太陽系。

太陽風暴有兩種形式

太陽風暴有多種形式,比如「日暈」,一種潮汐性的高能輻射波動,它們以光速穿過太陽系,將太陽風中的質子一掃而空,將質子加速形成高速太陽質子風暴,接著發生物質拋射「日冕」,將數百萬或數十億噸的等離子體從太陽的大氣層中剝離,並向太陽系彈射出去,速度高達900萬千米/小時,當這些等離子體會擊中地球,地球表面卻安然無事,但是即使是較小的風暴也能對衛星造成損傷,影響無線電通訊或者是威脅太空人的生命健康,對於生活在地表的人們來說,空間氣象是無害的,地球的大氣層會保護地球免受日暈最嚴重的傷害,在X射線衝擊波到達地面之前,高空大氣層已將其吸收殆盡,日冕物質拋射中的電氣化等離子體被地球磁場偏轉,將能量風暴偏轉至地球兩極,在那裡高能粒子落入大氣層內,導致大氣發光形成美麗的極光。而極光正如所有天氣一樣,多數情況下並無大礙。

圖解:圖片中的圓圈為「日暈」

然而有時也會有風暴,而對於太陽來說那就是超極太陽風暴,超極太陽風暴每個世紀只會發生一到兩次,如果今天發生了一次的話,首先我們會觀察到日暈非同以往地強烈,這就好比轟雷之前的閃電,這裡指的轟雷就是一次日冕種物質拋射,含有數十億噸的熱磁等離子體,一天之內便能穿越地球與太陽之間1億5000萬公裡的距離,當它抵達時,它造成的衝擊波會靜靜地抑制地球磁場,並且將能量導入磁層,但情況可能變得更糟,如果日冕物質拋射的磁場和地球磁場恰好以某種方式匹配,兩個磁場將會合併,隨著磁雲經過地球,它會把磁場拉伸出一條長尾巴,最後,尾巴中的能量超過負荷,它會折斷並且朝地球爆發出能量,於是一場地磁風暴發生了。若是發生在幾百年前,人們根本不會在意,因為席捲地球的「地磁風暴」和「骨肉之軀」毫無關係,但它和金屬及電線組成的機器有很大的關聯。

圖解:被日冕包圍著的恆星

太陽風暴的危害

「太陽發電機」——磁力產生電流,21世紀的地球遍布上百萬公裡的輸電線以及大量諸如變壓器一樣的維持輸電的機器,日冕物質拋射可以在電網中產生電流,要麼完全使機器停止工作,要麼會更糟,摧毀維持電網運行的變電站,其實這種情況已發生過了:

案件一:1989年魁北克電網在一次強烈的太陽風暴後癱瘓。

案件二:自有記錄以來第一次席捲地球的太陽風暴發生在1859年,卡林頓事件是地球上觀測到的最大規模的磁風暴,極光大量出現,南至加勒比地區也能看見,在某個區域的人們還誤以為是天明而起床了,值得幸運的是當時擁有的電子科技是只不過是一個電報系統, 卡林頓事件造成全世界的電報系統都癱瘓了,而今天我們擁有了更多的電子科技,恐怕就再也不會像「電報系統」那麼幸運,終究會有一場大型太陽風暴發生在未來某刻。

圖解:極光

案件三:2012年,一場和卡林頓事件時相同強度的太陽風暴和地球擦肩而過,研究估計它本可能對全球電力系統造成嚴重危害,僅在美國就會造成高達2.6萬億美元的損失,不但如此,更換所有受損的電力系統大約需要4-10年的時間。

太陽風暴事件每10年就有12%的概率會發生一次,在將來50年間發生的概率是50%,還有更壞的消息,就算是太陽這樣平靜的恆星,每隔幾千年也會產生超級耀斑,噴發量級強於目前的太陽系,如果一場風暴在毫無準備的時刻降臨後果將是災難性的,由於我們對電力的依賴程度可想而知,不只是家用電燈會受到影響,它還意味著計算機、通訊工具和導航系統的全面癱瘓,而一場持續的電力中斷會導致供應鏈崩潰以及供水系統的癱瘓、醫院發電機停轉、超市斷貨、農作物在田地裡腐爛,能源匱乏讓重啟電網變得極其困難,因此重啟文明大概要花數年或數十年之久。

圖解:恆星耀斑噴發

黃媂·結語

幸運的是,就算太陽風暴無法避免,現在科學的能量能預防這些太陽風暴,通過觀測太陽的活動,可以提前幾小時甚至幾天時間發現日冕物質拋射的時刻,管理維繫這個世界運作系統的工程師,會模擬出太陽風暴的威脅,提前把變壓器和變電站關閉,進行短暫保護性的斷電,工程師可以開放額外線路釋放額外的電力,目前可以在最猛烈的風暴下保護地球的電網,在風險可控時做一些準備。

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  • 扭曲磁場可實現極高的等離子體壓縮
    密西根大學領導的研究表明,對等離子體的磁壓縮進行新的改造可以改善材料科學,核聚變研究,X射線產生和實驗室天體物理學。研究表明,彈簧形磁場減少了在磁力線之間滑出的等離子量。等離子體被稱為物質的第四態,是一種非常熱的氣體,其電子會脫離其原子。研究人員使用磁壓縮來研究極端等離子體狀態,在該狀態下密度足夠高,以至於量子力學效應變得重要。
  • 太陽噴出等離子體雲抵達地球 或影響地球磁場
    12月7日,太陽表面發生大型噴發,它發射出的等離子云被拋射入太空,10日抵達地球,或對地球磁場產生影響。資料圖:太陽耀斑爆發。據俄羅斯衛星網報導,俄羅斯科學院物理研究所太陽x射線天文學實驗室表示,大約在莫斯科時間10日凌晨四點,密集的太陽氣體與地球發生了接觸。
  • 太陽噴出等離子體雲抵達地球,或影響地球磁場
    中新網12月11日電 綜合報導,12月7日,太陽表面發生大型噴發,它發射出的等離子云被拋射入太空,10日抵達地球,或對地球磁場產生影響。資料圖:太陽耀斑爆發。據俄羅斯衛星網報導,俄羅斯科學院物理研究所太陽x射線天文學實驗室表示,大約在莫斯科時間10日凌晨四點,密集的太陽氣體與地球發生了接觸。
  • 在地球上「重現」太陽:太陽風和等離子體「打嗝」
    太陽本質上是一個由熱等離子體組成的大球:一種由電離氣體構成的物質高能狀態。當太陽自轉時,等離子體也在自轉,太陽核心等離子體運動產生的磁場充滿了太陽大氣層,在離太陽表面一定距離的地方,也就是阿爾文表面,磁場減弱,等離子體脫離太陽,產生太陽風。伊森·彼得森是威斯康辛大學麥迪遜分校物理系的一名研究生,也是2019年7月29日發表在《自然物理》上這項研究的主要作者。
  • 太陽噴出等離子體雲抵達地球 或影響地球磁場(圖)
    中新網12月11日電 綜合報導,12月7日,太陽表面發生大型噴發,它發射出的等離子云被拋射入太空,10日抵達地球,或對地球磁場產生影響。資料圖:太陽耀斑爆發。  據俄羅斯衛星網報導,俄羅斯科學院物理研究所太陽x射線天文學實驗室表示,大約在莫斯科時間10日凌晨四點,密集的太陽氣體與地球發生了接觸。  太陽能物質將「包圍」地球大約一天。由於等離子體的影響,對空間飛行器的輻射負荷值將急劇增加,地表磁場還將會發生波動。
  • 關於太陽黑子的認知被推翻 等離子體的流動成就了神奇的太陽黑子
    其平均溫度比太陽的光球層表面溫度低1000攝氏度以上,因此看上去呈現顏色較暗的斑點,太陽黑子因此而得名。太陽黑子基本上都是成群出現,很少單獨出現。它的活動周期為11年,每個周期都會造成太陽的磁場發生完全的翻轉,也就是太陽南北極互換位置。太陽黑子活動時,會對地球的大氣環流造成影響,導致地球惡劣天氣頻發,同時輻射還會對各種電子產品造成損害。
  • 太陽上會進化出等離子體生命嗎?
    生命會不斷從周圍環境中獲取有能用,從而降低自身的熵,維持低熵體的狀態。作為低熵體的生命並不違反熱力學第二定律,因為生命在消耗能量時會導致整個宇宙的熵增加,熵增原理始終成立。太陽上的物質狀態太陽上存在著元素周期表中的各種自然元素,主要為氫(質量比例73.5%)和氦(24.9%),另外還有氧、碳、鐵、氮、矽和硫等元素。
  • 太陽磁場和太陽風源有新發現
    根據日本「日之出」衛星上的X射線望遠鏡和光學望遠鏡拍攝的照片,美國科學家對太陽磁場和太陽風的起源有了新發現。他們認為,在太陽風從太陽射向太空的過程中,磁波起到了十分重要的作用。
  • 科學家發現太陽磁場「放大器」
    本報訊(記者沈春蕾)近日,中國科學院紫金山天文臺太陽活動多波段觀測與研究團組博士徐喆和研究員季海生等人,對一例運動黑子的磁流體動力學過程進行了觀測與分析。研究人員認為,這是一例由運動等離子體所造成的局地磁場放大的現象。正如無線網絡信號可以被放大器放大、增強,這一效應堪稱太陽表面的天然磁場「放大器」。它對人類認識黑子、耀斑、日珥等一系列太陽活動,具有重要意義。
  • 宇宙物質的主角——等離子體
    其實離子體也不是很神秘,太陽、天狼星等恆星就是等離子體。處於等離子態的物質都有很高的能量。實際上,宇宙剛被創造的時候,世界就是等離子態的。另外,當溫度接近絕對0度時,物質會呈現出玻色—愛因斯坦凝聚態。在這種狀態下,分子停止了運動,所有的原子聚集到一起,處於相同的量子態(能量相同),成為了一個大原子,我們可以宏觀地看到它們的量子特性(微觀特性)。
  • 太陽磁場精細結構:怎麼是團毛線?!
    因此對太陽磁場有所了解將是我們理解太陽系空間性質的必要步驟。  據國外媒體報導,我們每個人一定都有這樣的經驗:從地球上看去,太陽基本上就是一個靜止的亮黃色圓盤,但實際上這是巨大的誤解,太陽的表面到處都在上演著劇烈的各種運動。在1950年代,天文學家們第一次目睹太陽表面激烈的物質運動場景,而在這些運動的背後,是太陽強大而複雜的磁場。
  • 太陽磁場從何而來?科學家對此爭論不已,地球成了「受害者」
    太陽為什麼這麼活躍,造成這一切的原因又是什麼呢?其實,這類情況在地球也有發生,我們把它叫做磁場,和地球磁場不同,太陽磁場十分特殊,甚至還會影響到其他行星,我們地球也是「受害者」之一。雙極磁場的強度相比於太陽普遍磁場的強度更大,有的黑子磁場強度甚至可以高達3000高斯。
  • 首次最接近太陽的探測,拋射的磁場發生反轉,非常震撼
    只有近距離觀測,我們才能真正了解太陽運動的細節。我們僅從這三次環繞太陽軌道上就了解到了足以改變我們對太陽的理解的信息。」太陽上發生的事情對於理解太陽是如何塑造我們周圍的空間至關重要,大多數逃離太陽的物質都是太陽風的一部分,這是一種不斷輻出的太陽高能物質,它佔滿了整個太陽系。這種等離子體的電離氣體攜帶著太陽的磁場,以太陽為中心,形成一個跨越100億英裡的巨大氣泡向太陽系輻射開來。
  • 等離子體與靈魂精神
    當我們觀察銀河系和夜空中的群星中一顆顆明亮的恆星時,看到的是等離子發光球體由各自的內部磁場聚集在一起的景象。離地球最近的可見等離子光球是太陽。等離子體是由粒子群組成的電磁系統,在其集體結果中顯示出一個整體的零淨電荷。等離子體也可以被描述為一種中性電介質中存在的電離氣體,或者是一組游離的正粒子和負粒子。等離子體具有極高的導電性,它們攜帶電流並產生磁場。
  • 日本科學家成功利用極強的雷射爆炸在等離子體內部產生磁場重聯
    日本大阪大學雷射工程研究所的研究人員成功利用短而極強的雷射爆炸,在等離子體內部產生了磁場重聯。該研究可能會使黑洞等天文天體的X射線發射理論更加完整。 被黑洞吞噬的物質除了受到極端的引力外,還可能受到強烈的熱量和磁場的衝擊。等離子體是比固體、液體或氣體更熱的第四種物質狀態,它是由帶電的質子和電子組成的,這些質子和電子的能量太大,無法形成中性原子。
  • 什麼是等離子體?火焰是等離子體嗎?
    至於凝聚態,就是由大量處於聚集狀態的粒子構成的物態,液體和固體就是最常見的凝聚態。等離子體並不神秘。氣體通常都是由分子或原子構成的,而等離子體就是被電離(電離就是原子得到或者失去核外電子形成離子的一種過程,離子都帶電)的氣體。幾乎所有氣體都存在一定程度的電離,只是電離程度極低,因此並不能算作等離子體。