第S12次香山科学会议研讨超强太阳风暴和太阳周异常行为

2010-12-15 09:12 来源: 科学时报
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  太阳风暴是当前国内外普遍关注的空间天气现象。出席日前在北京举行的以“超强太阳风暴和太阳周异常行为”为主题的第S12次香山科学会议的专家指出,如何理解太阳风暴的形成机制和对地球的影响和危害,如何预报和应对超强太阳风暴是亟待研究的重大空间科学问题。

  危害是客观存在的

  太阳风暴是指剧烈的太阳活动如太阳耀斑、日珥爆发、日冕物质抛射等及其对周围空间产生的影响。在一个太阳活动周期中,往往发生许多次大大小小的太阳风暴。会议执行主席、中科院空间中心研究员魏奉思等专家把太阳爆发及其对日地空间的影响称为空间风暴,其内容包括太阳风暴、行星际风暴和地球空间暴。

  太阳风暴的危害性主要表现为:太阳爆发产生的电磁波辐射、物质抛射和高能带电粒子流,可能冲击地球的磁层、电离层和大气层,从而引起地球空间环境急剧变化,进而对航天、通讯、导航、定位和电力输运等产生直接干扰,引发高技术系统故障,造成灾害事件,如造成卫星失控、卫星载荷受损、导航系统产生严重偏差、短波通讯中断等。任何一次波及地球空间的强太阳风暴对于人类的航天、通讯和电力等高技术系统产生的影响都是严重的。

  历史上由太阳风暴造成的灾害事故不胜枚举。1859年发生了史称“卡林顿事件”的太阳风暴。该次太阳风暴就其规模而言,可以称之为超强太阳风暴。当时,该太阳风暴对刚刚形成的电报网路造成严重影响,甚至电报员触电,电报纸燃烧。专家认为,若 “卡林顿事件”发生在信息技术高度发达的今天,其造成的影响将难以估量。在超级太阳风暴的冲击下,航天、信息系统可能被摧毁,电力系统可能遭到严重破坏。正因为如此,美国科学家提出警告,像“卡林顿事件”这样的超级太阳风暴将会让美国从发达国家变成发展中国家。

  “人类社会面临强太阳风暴的威胁是客观存在的事实。”会议执行主席、中国科学院国家天文台研究员汪景琇说。

  太阳活动具有11年左右的周期。太阳活动周异常行为究竟会对地球产生何种影响是另一个需要关注的问题。近几年正处于由太阳活动第23周向第24周过渡的太阳活动低年。对此,与会专家一致认为,太阳是太阳系中最大的天体,它决定了太阳系整体环境。而太阳系整体环境的变化一定会影响到地球周围空间和内部物质的变化,我们不仅要关注超强和强太阳风暴对地球环境的影响,也要关注极低太阳活动水平对地球环境产生的影响。从某种意义上说,极低太阳活动水平所带来的影响可能更加深远,如太阳活动低年期间多发性的气象灾害和地质灾害等。

  很强的突发性和偶然性

  与会专家指出,超级太阳风暴形成过程具有很强的突发性和偶然性,就人类当前对太阳和太阳系的认识水平而言,还不具备准确预测其发生时间和强度的能力。太阳风暴的突发性在于太阳爆发的突发性,太阳爆发的能量来自太阳磁场能量。太阳爆发就是太阳磁场中储存的自由磁能的大规模爆发式释放,并伴随着太阳磁场结构变化。然而自由磁能释放的触发往往是不可预知的。

  目前预报太阳风暴有两大难点,一是太阳爆发现象的突发性;二是太阳爆发的对地有效性。而解决这两个难点的途径就是创新性基础研究和预报应用研究。突破这两个难点需要着重解决以下几个方面的问题,包括光球磁场演化导致太阳爆发的关键指标是什么,如何实现日冕磁重联过程的监测,太阳大尺度磁场结构与太阳爆发群体特征有何关联,如何实现太阳爆发行星际传播和发展过程的监测,如何完善太阳爆发行星际传播模型等。

  专家认为,事实上,这种通常意义的强太阳风暴在每个太阳活动周期内都会多次发生。如何应对这种太阳风暴造成的危害更具有现实意义。人类通过监测太阳活动的形成和演变,可以看到诸多太阳风暴发生的先兆现象,如太阳表面出现异常的黑子群,日冕中出现异常的活动,大规模爆发前的太阳磁场结构异常等等。虽然这些现象不一定意味着太阳风暴的发生,但足以引起人类高度警惕,作好防御准备,加强对太阳风暴的监测。

  建立天地一体化监测预警系统

  近百年来,全球自然灾害频发,造成的损失也有增大的趋势,而来自天上的自然灾害主要是太阳风暴和小行星撞击。专家认为,预防自然灾害既要考虑“灾变”,又要考虑“灾害”。考虑灾变就是要积极探索灾害形成规律,提供监测、预测和防御自然灾害的方法和手段;考虑灾害就是要将减灾防灾落实到体制、法规、政策、策略、措施诸多方面。

  与会专家建议,预测太阳风暴的发生时刻和强度是太阳活动预报中最具挑战性的任务,建立先进的天地一体化监测和预警系统是加强太阳风暴研究和适时作出预警、预报的当务之急。空间观测可实现连续不间断的监测,而我国至今没有太阳风暴和空间天气的监测卫星,因此应通过对已有一定预研基础的项目,如空间太阳望远镜、夸父工程及一些小卫星计划等加强支持,尽快落实立项,尽早实施。地面监测也具有重要意义,应积极支持现有设备的更新改造,使其发挥更大的作用;同时采取更有力的措施支持未来先进地面设备的预研和建设,包括大口径太阳望远镜和日冕仪、射电日像仪和子午工程Ⅱ期等重要项目。与此相配合,还须建立国家级数据中心和预警、预报系统,负责监测、收集和分析数据和执行空间天气预警、预报的研究和发布。尽快建立协调全国空间天气科研和业务的领导机构,通过建立空间天气会商体系,组织力量开展空间天气灾害应对措施研究,为应对超强太阳风暴和太阳周异常行为对人类社会造成的危害提供科技支撑。