太阳王（07）：太阳王们的交接棒在传递 / 开普饭

打包知识点

➀ 南北极的冰芯帮助科学家破解 1859 年太阳磁暴的强度。

➁ 一次完美的太阳“风暴”需要有 4 个必要条件

➂ 神秘的伽马射线暴等待着人们继续探索。

>> 您正在收听的节目改编自上海教育出版社引进出版的科普书《太阳王》，由英国的斯图尔特·克拉克著，本节目的播出已经获得了上海教育出版社的授权，在此表示感谢。

上期我们说到，科学家们对鹤谷的研究结论依然是不满足的，因为他的结论来自于 100 多年前的粗糙记录。那么，怎么才能获得更加客观、精确的数据呢？

这就有赖于地球化学家们的发现了。科学们发现，像卡林顿事件这么一次强烈的磁暴，比较重的质子也起了作用。由于地球磁层的保护，通常质子会发生偏转，但在强烈的磁暴中它们就会随着电子一起冲进大气层。进入大气层后，质子会激发紫外极光，这是人眼看不到的，但是会引起化学反应。质子“风暴”会诱导硝酸盐形成，这些重的分子会穿过大气层落入地面，消失在地表上每天发生的化学作用中。然而，一小部分硝酸盐会经历不同的命运，落在北极或南极。这些分子暂时失去活力，随着一层层的雪持续地落下，它们被封在了冰里。

卡林顿发现的耀斑发生之后，极光笼罩地球的速度让美国的玛格丽特·谢伊博士认为，耀斑一定非常猛烈才能把质子推进地球大气层。这表示其中发生了形成硝酸盐的化学反应，并把证据锁定在了地球两极的冰原中。

另一方面，极地科学家们也一直在完善冰芯的取出和分析技术，现在，他们已经能够研究冰芯里封着的小气泡，这些小气泡记录着当时地球大气的成份。由于冰盖很厚，地球的大气成份就好像是写在了记录纸带一样被记录在了冰层中，科学家可以回溯研究好几个世纪的气候条件，例如工业革命时期形成大气污染的过程。谢伊博士知道，来自冰芯的硝酸盐也可以进行测定。她召集了美国各地的学者，从1992年取自格陵兰的一块冰芯中获得了数据。圆柱形的冰芯像一个男人的上臂一样粗。冰层的年份横跨1561年到1950年。科学家先把冰芯切割成很多小段，然后把每一块冰立在温暖的盘面，这样就可以收集融化的水，分析里边的硝酸盐。

取得资料后，谢伊的团队发现了 70 处有主要的硝酸盐沉积物，每一处都形成于这块冰芯所记录的 389 年间的一次太阳耀斑。使用 1950 年以后卫星的测量结果，他们发现了另外 8 次太阳耀斑。在这 78 次事件中，每一次都让地球每平方厘米的大气里强行通过了 20 亿个质子。为了把事件次数减少到比较容易处理的程度，他们以1972年8月的超级耀斑作参考点。最后他们保留了 19 次超级耀斑，标准是通过地球每平方厘米的大气的质子数目超过 50 亿个。在这 19 次中有一次数据高达基准的 4 倍之多。经过一番计算，谢伊的团队认定，这就是 1859 年卡林顿事件的数据。在那次磁暴发生期间，地球每平方厘米的大气被喷洒了惊人的 200 亿个质子。

2004 年，加拿大和美国的地球物理协会在蒙特利尔召开了联合会议。会议吸引了数百名不同领域的科学家。会议组织者发现有几十位科学家都要以 2003 年的万圣节磁暴为依据，介绍他们对 1859 年磁暴新的研究结果。在那次为期一周的会议中，居然有一天半都是用来讨论这个主题了。

现在，科学家们达成了共识，一次完美的太阳“风暴”需要有 4 个必要条件：

（1）耀斑带来的日冕物质抛射速度一定要快

（2）必须正对着地球

（3）必须比不规则的长期磁暴更加强烈

（4）日冕物质抛射所携带的磁场方向一定要正好跟地球相反。

卡林顿事件中的磁暴正好满足这 4 个条件，而其他磁暴至少有一个不符合。例如，万圣节耀斑的磁场方向没有对准地球，所以没有造成那么大的破坏。明白这一点后，科学家们想知道，如果一个卡林顿级别的事件在今天击中地球，将会发生什么。因为现在已经今非昔比了，如今的人类文明严重依赖于各种电子设备。

如果这样的事件现在攻击地球，首先会发生大范围的无线电和电话通信中断，手机网络当然也会瘫痪。因为高层大气会带电，阻挡手机和其他基于无线电波的通信信号传播。

磁暴会在电线中引起巨大的电流，发电厂将面临严重的风险。如果发电厂没有防护措施，大量涌入的电流将会把变压器融化，城市陷入黑暗，年老体弱者将面临危险（尤其是如果磁暴发生在冬天的话）。输油管道会把电流引到加油站，从而威胁那里的敏感设备。

对人造卫星的破坏也是极为严重的。电子和质子携带的电荷会使空间探测设备的核心部件和指挥系统过载甚至短路，危及 GPS 导航等系统。即使卫星没被电流摧毁，对太阳能板的侵蚀将会使可用电力减少。地球大气层中的热力会导致卫星膨胀，把低轨卫星拖出轨道。1989年3月的磁暴对超过 1000 个绕着地球运行的卫星造成了明显的影响。

国际空间站上的宇航员的健康可能受到影响，就像1972年8月超级耀斑释放的极端辐射表明的那样。离地面近些的地方，航空公司要忙着改变航线，让飞机远离极地区域，并降低飞行高度，让飞机留在比较稠密的低层大气。如果不采取这些措施，乘客这一次的飞行就会比 10 次胸部X光透视所接收的辐射量还要多。

如果你知道了这些，你就能理解为什么我们要发射像 SOHO 这样的太阳探测器，它们除了在太阳耀斑将要爆发时向我们报警之外，还会提前15至30个小时给我们发出磁暴预警。在《太阳王》这本书出版后的 2018 年8月12日，NASA 耗资 15亿美元的帕克太阳探测器成功发射，这是一颗首次进入太阳大气层的探测器，这颗探测器离太阳已经近到不能再近了，它已经触摸到了太阳，我们对太阳的探测能力又上了一个新台阶。

不过，科学研究总是在破解谜题的过程中不断产生新的谜题，就在科学家们观测记录太阳磁暴的过程中，我们又发现了新的宇宙未解之谜。这就是神秘的伽马射线暴。

2004年12月27日，有记录以来最大的伽马射线暴穿过了太阳系，卫星立刻把警报信息传回地面控制站。当射线流扫过地球时，有一部分从月球反弹回来，再次击中地球。当天文学家们对伽马射线暴进行三角测量时，他们发现它不是来自太阳，而是来自外太空。追溯这场爆发的来源，天文学家只找到了一个可能的起源天体，一个被认为已经死亡的恒星核心，直径只有 20 千米，位于大约 5 万光年远的地方。这种天体叫做磁星，它是一种罕见的天体，是自然界已知拥有最强磁场的天体。如果你可以用魔力把磁星搬来地球和月球中间，它的磁场的强度会使地球上所有的信用卡都消磁。

天文学家分析伽马射线的数据时，得出了惊人的数字。磁星爆发在十分之一秒内释放进太空的能量比太阳在十万年里照耀到太空中的能量还多。这么远的天体能用如此巨大的辐射“冲刷”地球，这让天文学家目瞪口呆。他们立刻召集了一次会议来分享数据，会议的主题是“来自磁星的巨大耀斑：穿越银河闪击地球”。

会上一位发言者是来自加利福尼亚州斯坦福大学的奥姆兰·伊南教授。他说当爆发发生时，他正在记录地球大气最外层产生的超低频无线电波。那天仪器记录到的东西让他大吃一惊。这些伽马射线远比他见过的太阳所释放的任何东西都强，在地球朝向爆发的整个半球上，原子都被撕裂。大气层过了一个多小时才恢复正常。