太陽表面的風暴中心「太陽黑子」,有11年的周期性會引發耀斑爆炸

2020-12-06 地理沙龍號

宇宙是「時間」和「空間」的集合體,隨著人類科學技術的發展,人類對於宇宙的認識越來越深入,目前人類能夠觀測到的可見宇宙半徑大約為466億光年,這是一個難以想像的空間距離,可能在人類將來的歷史中,對於這麼巨大的空間,最終也只能「看看」而已。所以,我們認識宇宙,其實最該關注的應該是當下,也就是「太陽系」,我們地球就處在太陽系之中,太陽系有許多天體,比如太陽、八大行星、矮行星、衛星、小行星、流星體、彗星等等。

太陽表面的風暴中心「黑子」

太陽是太陽系的中心天體,也是太陽系中唯一的一顆恆星,每當夜晚我們抬頭仰望星空,看到滿天的繁星,其中絕大多數都是屬於和太陽一樣的恆星,所以我們了解太陽就可以了解宇宙中那些我們遙不可及的恆星群體。太陽屬於恆星中的黃矮星,直徑相當於地球的109倍,太陽的主要成分是氫,約佔太陽總質量的75%,其餘大部分是氦,當然組成太陽的成分「氫」和「氦」是以等離子超熱氣體的形式存在,也就是說太陽是一個超熱等離子體與磁場交織著的一個理想球體,太陽擁有巨大的能量,起碼可以繼續燃燒大約60億年。

太陽

太陽向宇宙空間釋放的「光」和「熱」是維持地球生命的源泉,太陽產生巨大能量的根源在太陽的核心,位於太陽表面以下64萬千米的深處。在太陽核心每一秒鐘產生的能量,就能夠提供足夠地球使用100萬年的能量,我們可以把這裡理解成太陽的「發電站」,不過這裡也是每一顆恆星最狂暴和極端的所在。太陽核心有著巨大的壓力,如果地球處在這裡,就會向可樂罐一樣被壓扁,在這種極端高壓下,氫原子相互碰撞發生著核聚變反應,每當兩個氫原子核相撞,就會產生能量,也就是一個光子,而這些光子要從太陽核心來到太陽表面需要超過10萬年的時間,再離開太陽照亮整個太陽系。

太陽黑子

所有從太陽核心往外「流動」的能量,產生了太陽另一種無形的力量,那就是太陽磁場,而正是由於太陽磁場的存在,才產生了太陽表面的太陽黑子。太陽黑子是太陽大氣層中的一種太陽活動,發生在太陽的光球層中,我們平時看太陽看到的一個光亮的圓盤就是「光球層」,太陽黑子就是這個光亮的圓盤上的一些黑點,黑子之所以是黑色的,是因為黑子所在區域比周圍溫度大約低1000至1500℃左右,所以看起來就呈黑色。那麼太陽黑子到底是在哪裡形成的呢?

太陽內部巨型磁環

太陽黑子的形成區域位於太陽表面以下20萬千米的地方,從太陽核心釋放出來的巨大能量在這裡形成太陽「對流層」,在這裡的太陽等離子氣體形成一束束等等離子流,持續不斷的高速豎直往太陽表面運動,就像是一個巨大的超高溫等離子氣體傳送帶,等上竄到太陽表面冷卻以後再落下回流。等離子流的持續運動,再加上巨大的旋轉電流,形成了巨大的磁環,正是這些從太陽內部升起來的磁環,在太陽表面產生了太陽黑子。這些磁環就像水裡往上冒的氣泡,並攜帶巨大的能量,當磁環到達太陽表面就會撕開一個洞,形成太陽黑子,這些太陽黑子面積巨大,相當於北美洲甚至亞洲的面積大小。

太陽超級黑洞

太陽黑子就像是太陽表面的風暴中心,蘊含巨大能量的太陽黑子可以釋放出「超級太陽風暴」,一個黑子的威力相當於一百億個核彈同時引爆,相當於把地球上所有核彈同時引爆,再乘以100萬倍還不能相比。「超級太陽風暴」會從太陽內部深處形成,並從太陽黑子冒出來,一旦爆發,幾十億噸的超熱等離子氣體流就會衝向太空,這種爆炸甚至能夠持續幾小時,這就是發生在太陽色球層中的「太陽耀斑」。巨大的耀斑爆炸會向太空中十分強烈的帶電粒子流,當這些帶電粒子流噴射的方向剛好朝向地球時,就會產生巨大的影響。

太陽表面的磁環

這些帶電粒子以及攜帶的能量對於我們許多現代設備,如電網、計算機系統、通信系統等都會產生巨大的影響,甚至導致電網癱瘓等嚴重後果。強烈的「超級太陽風暴」,曾經在1859年和1921年分別發生過,但是當時地球上根本沒有這麼多的電子設備,我們更擔心的是下一次朝向地球的超級太陽風暴的爆發,可能會帶來十分嚴重的後果。由於太陽黑子有11年的周期性,每當太陽黑子極大年,就會有更多的耀斑爆發,2013年是最近的一次太陽黑子極大年,也是太陽活動峰年,預計下次太陽活動峰年將會在11年之後的2024年左右到來。

太陽耀斑爆發

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    這種光是從太陽能材料發出的,描繪出了磁場線,這些磁場線懸停在一組將在太陽左側上方旋轉的黑子上。圖片來源:NASA /太陽動力學觀測站 2020年5月29日,一個太陽黑子家族——太陽表面的黑點,代表複雜的磁場區域——發生了自2017年10月以來最大的太陽耀斑。雖然太陽黑子在地球上還看不見,但航空航天局的宇宙飛船在它們上方還是發現了太陽耀斑。
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