太陽急劇老化，隨時(shí)都有可能膨脹并吞噬地球，地球不得不開啟了一段長達(dá)2500年的星際流浪之旅。這是被稱為中國科幻電影里程碑的《流浪地球》為我們描繪的場景。那么現(xiàn)實(shí)中，太陽真的有可能吞噬地球嗎？這一天離我們有多遠(yuǎn)？帶著疑問，中國天氣網(wǎng)采訪了幾乎每天都要和太陽打交道的國家空間天氣監(jiān)測預(yù)警中心工程師韓大洋。
越燒越胖！太陽過去47億年已經(jīng)膨脹10%
到目前，給我們帶來光和熱的太陽已經(jīng)47億歲了，正值青壯年。相比47億年前，現(xiàn)在的太陽已經(jīng)緩慢膨脹了大約10%。
韓大洋介紹，太陽是一顆由熾熱氣體構(gòu)成的巨大恒星，主要由氫和氦組成，內(nèi)部溫度高達(dá)1500萬℃，在這兒的每一秒鐘里，都有6億噸氫發(fā)生聚變成5.96億噸氦，而少了的400萬噸物質(zhì)則以能量的形式釋放到太陽系的每一個(gè)角落。
問題來了，按理說太陽越來越輕，應(yīng)該越來越瘦才是啊，咋還變胖了呢？
決定太陽身材的不光是自身重量，還有高溫高壓所產(chǎn)生的膨脹效應(yīng)。目前太陽上的四分之三左右是氫，剩下的四分之一不到是氦，而隨著核聚變的不斷進(jìn)行，更多的氫轉(zhuǎn)變?yōu)楹?，太陽重量的流失?dǎo)致太陽自身引力減弱；另一方面，氦匯聚在太陽核心區(qū)域，將產(chǎn)生比氫燃燒更高的溫度和壓力，使得內(nèi)部向外膨脹的力量越來越大。
隨著太陽的不斷“燃燒”，其自身重量減輕，引力減小，而內(nèi)部的燃燒會(huì)越發(fā)劇烈，向外膨脹的力量不斷增強(qiáng)，直到有一天燃料耗盡。韓大洋表示，暮年的太陽可能膨脹為直徑28000萬公里的紅巨星，早已“吞噬”目前距離它只有15000萬公里的地球了。
“流浪”尚遠(yuǎn)太陽的小脾氣離我們更近
看來有一天，太陽真的會(huì)吞噬地球。那么，我們是不是該準(zhǔn)備跑路，準(zhǔn)備“流浪地球”了？韓大洋說，現(xiàn)在去流浪還有點(diǎn)早。就目前來看，人類還不必為逃離太陽這個(gè)問題而操心，太陽大約還有50億年的燃料可燒，即便再保守一些也差不多還有35億年。
但是，太陽在已經(jīng)走過的47億年時(shí)間里可是小脾氣不斷，時(shí)不時(shí)來個(gè)大耀斑、太陽海嘯，給人類的生產(chǎn)生活帶來破壞和打擊。
1859年9月1日，英國天文學(xué)家理查?克里斯多福?卡林頓在觀測太陽黑子時(shí)發(fā)現(xiàn)其周圍突然出現(xiàn)極為明亮的條狀白光，持續(xù)數(shù)十秒后逐漸減弱。數(shù)分鐘后，英國格林尼治天文臺(tái)和基烏天文臺(tái)都監(jiān)測到地磁場的劇烈波動(dòng)。17個(gè)半小時(shí)后，地磁波動(dòng)強(qiáng)度“爆表”，與此同時(shí)，全球多地電報(bào)臺(tái)站的發(fā)報(bào)機(jī)在閃著火花，電線發(fā)熱甚至融化。而平時(shí)只在南北極地區(qū)才能見到的極光，一直延伸到了古巴和夏威夷。這就是人類遇到的最強(qiáng)空間天氣太陽風(fēng)暴——“卡林頓事件”。
經(jīng)過近四百年的研究到現(xiàn)在，我們發(fā)現(xiàn)，大約每11年，太陽活動(dòng)就會(huì)由高峰進(jìn)入低谷再返回到高峰，從未停止過。而在每一個(gè)周期內(nèi)，太陽都會(huì)爆發(fā)幾次強(qiáng)太陽風(fēng)暴，隨之而來的超級(jí)耀斑和幾十次強(qiáng)地磁暴，對(duì)于已經(jīng)習(xí)慣現(xiàn)代科技生活的我們來說，這些來自太陽的看不見又感受不到的威脅恰恰會(huì)給我們帶來“致命一擊”。
國家空間天氣監(jiān)測預(yù)警中心供圖
韓大洋表示，如果“卡林頓事件”級(jí)別的太陽風(fēng)暴再爆發(fā)一次，可能會(huì)導(dǎo)致全球衛(wèi)星報(bào)廢、通信中斷、電網(wǎng)癱瘓，靠儀表、無線電通訊、GPS導(dǎo)航的飛機(jī)、船只一下子變成了“瞎子”和“聾子”，地球電離層結(jié)構(gòu)被破壞，喪失反射無線電波的能力……
這些由于太陽的劇烈活動(dòng)而導(dǎo)致的災(zāi)害被稱太空時(shí)代的新氣象災(zāi)難——空間天氣災(zāi)害。
太陽打“噴嚏”地球也“感冒”
空間天氣災(zāi)害又是怎么形成的呢？“用一個(gè)形象的說法就是，太陽‘打噴嚏’，地球也可能會(huì)‘感冒’?！表n大洋介紹說，太陽的外層大氣從太陽表面噴出，形成充盈整個(gè)太陽系的太陽風(fēng)，地球就浸泡其間，只不過有地球磁場作為天然屏障我們才得以生存。太陽活動(dòng)會(huì)導(dǎo)致太陽風(fēng)和地球空間環(huán)境產(chǎn)生各種變化，正如地球大氣中的短期變化過程被稱為“天氣”一樣，日地空間中發(fā)生的各種短期變化過程被稱為“空間天氣”。太陽的劇烈活動(dòng)，比如耀斑和日冕物質(zhì)拋射等，還經(jīng)常會(huì)制造空間天氣事件來襲擾地球，并可能引發(fā)“空間天氣災(zāi)害”。
國家空間天氣監(jiān)測預(yù)警中心供圖
這些災(zāi)害主要是太陽以輻射和高能物質(zhì)的形式發(fā)出，影響近地空間以及地面的人造設(shè)施，這一類災(zāi)害正隨著人類太空科技的進(jìn)步而逐漸凸顯出來，尤其是對(duì)衛(wèi)星、航天器安全，以及航空、通信、導(dǎo)航等領(lǐng)域產(chǎn)生影響和危害。比如，在2003年10月底至11月初，發(fā)生了著名的“萬圣節(jié)太陽風(fēng)暴事件”，爆發(fā)了X28級(jí)太陽耀斑，是史上有記錄以來最強(qiáng)大的耀斑。當(dāng)時(shí)，約半數(shù)衛(wèi)星出現(xiàn)故障，全球范圍內(nèi)的通訊受到干擾，全球定位系統(tǒng)精度降低。
空間天氣預(yù)報(bào)為地球防范和太空探索保駕護(hù)航
好在吃過幾次大虧之后，人類已經(jīng)開始著手應(yīng)對(duì)來自太陽的威脅。通過建立太空衛(wèi)星監(jiān)測前哨站，結(jié)合地面太陽觀測設(shè)備，實(shí)時(shí)無死角監(jiān)測太陽的一舉一動(dòng)，尤其是透過其表面磁場活動(dòng)對(duì)其可能發(fā)生的爆發(fā)作出預(yù)判，為地球的防范爭取寶貴的反應(yīng)時(shí)間。
為了應(yīng)對(duì)太空時(shí)代新災(zāi)害，世界各國都建設(shè)了相關(guān)研究部門，比如在美國，有隸屬于國家海洋與大氣管理局的空間天氣預(yù)報(bào)中心（SWPC）；在歐洲，則有各國聯(lián)合組建的歐空局（ESA）；在中國，有國家空間天氣監(jiān)測預(yù)警中心（NCSW）。他們通過監(jiān)測數(shù)據(jù)和預(yù)報(bào)模型，對(duì)未來的太陽活動(dòng)、行星際空間傳播過程、磁層、電離層、高層大氣的變化趨勢(shì)做出判斷，必要時(shí)發(fā)出太陽事件預(yù)警，為航天、航空、通訊、導(dǎo)航、電力、石油等領(lǐng)域保駕護(hù)航。
2002年6月1日，中國國家空間天氣監(jiān)測預(yù)警中心成立，2004年7月1日開始正式發(fā)布空間天氣監(jiān)測預(yù)警產(chǎn)品，標(biāo)志著我國國家級(jí)空間天氣業(yè)務(wù)正式開始。經(jīng)過多年發(fā)展，國家空間天氣監(jiān)測預(yù)警中心具備了為我國衛(wèi)星發(fā)射和在軌載人航天活動(dòng)、地面技術(shù)系統(tǒng)的安全、導(dǎo)航、通訊等應(yīng)用系統(tǒng)提供空間天氣保障服務(wù)的能力，同時(shí)，也成為了科研觀測數(shù)據(jù)的供應(yīng)者，以及空間天氣應(yīng)用研究的重要力量。
韓大洋介紹，通過連續(xù)觀測太陽表面的變化，結(jié)合太陽的黑子的動(dòng)態(tài)，可以提前27天預(yù)判太陽的活動(dòng)趨勢(shì)。在過去的近四百年時(shí)間里，一代代科學(xué)家持之以恒連續(xù)對(duì)太陽黑子數(shù)進(jìn)行記錄，正是有了這些不同尋常的工作，我們才一步步揭開太陽的秘密。
太陽活動(dòng)多（左）與太陽活動(dòng)少（右）的對(duì)比（圖片來源：SDO衛(wèi)星監(jiān)測）
“目前，太陽活動(dòng)正處于低年?！表n大洋說，最近的一次太陽活動(dòng)高峰出現(xiàn)在2013年，黑子數(shù)出現(xiàn)數(shù)量大、頻率高，可以推測下一次太陽活動(dòng)高峰可能會(huì)出現(xiàn)在2024年左右。
未來幾年我國將加快太空探索的步伐，2019年繼續(xù)嫦娥探月，2020年發(fā)射一枚火星探測器，2022年左右建成空間站。韓大洋表示，隨著越來越多的航天器進(jìn)入太空，我們更不應(yīng)該對(duì)空間環(huán)境掉以輕心。太陽活動(dòng)低年的空間天氣環(huán)境同樣復(fù)雜多變，需要我們加強(qiáng)對(duì)空間環(huán)境的日常監(jiān)測和預(yù)報(bào)，為航天任務(wù)保駕護(hù)航。
