日出黃，有黑氣大如錢，居日中央。

　　—— 《漢書》

　　太陽，不僅是一個給我們光和熱的寧靜星球，也是一個隨時可能用風暴影響地球的天體。2019 年2月25 日晚，由科學技術部引進國外智力管理司、中國科學院科學傳播局、北京科學技術委員會支持，中國科學院物理研究所承辦的第35 期科學咖啡館活動在物理所M樓咖啡廳舉行。中國氣象局王勁鬆研究員以科學的視角嚴謹而風趣地科普了太陽風暴的真正面目。

　　王勁鬆長期從事空間天氣及災害預警等方面的研究。在報告中，他以熱播電影《流浪地球》爲切入點，生動展示了太陽風暴的特徵以及其對地球帶來的影響，深入淺出的話題引發了在場嘉賓的積極探討。

　　王勁鬆研究員主題報告現場

　　太陽並不寧靜

　　“我們通常所認識的太陽都是寧靜的，但其實太陽也會經常爆發，這就是‘太陽風暴’。”王勁鬆通過直觀的圖片和真實的歷史事件講述到，“1859 年9 月的一天，美國落基山地區的天空非常鮮豔，房子和樹葉像染上了紅色一般。”這就是著名的“卡林頓事件”。非常契合的是，中國史書《獲鹿縣志》也能找到同一現象的記載，“清咸豐九年(1859年)七月夜，紅光起於西北，亙於東北，經三夜始散。”這種自然現象實際上就是“極光”，它的形成是太陽高能粒子沿地球磁場轟擊極區高層大氣而產生的。然而，這次的極光並不尋常，它出現的位置已超出了往常極光的範圍。由此，我們可以推斷當時地球應該正遭受着一場超強的太陽風暴。

　　實際上，地球運行於太陽風之中，隨時會受到太陽風暴的影響。太陽並不是氣態或液態的，它是等離子體。等離子體是宇宙中最基本的組成物質，廣泛存在於宇宙中， 常被視爲是除去固、液、氣外，物質存在的第四態。等離子體形態上像氣體，性質上像金屬，只有磁場纔可能控制它。

　　人類對太陽活動的觀測在很早之前就有了記載。《漢書》中“日出黃，有黑氣大如錢，居日中央”就描述出太陽並不寧靜，它展現的是太陽黑子的出現，也是太陽風暴之“兆”。太陽的光球表面有時出現的一些暗的區域是磁場聚集的地方，我們稱爲“太陽黑子”。太陽黑子的增多往往伴隨着頻繁的太陽活動現象。每一次太陽風暴所帶來的能量都是巨大的，一次大耀斑可釋放1025J 的能量，相當於1 千億顆百萬噸當量的原子彈同時爆炸。而地球的大小相比於太陽爆發時的“火苗”來看，不過是一粒沙子罷了。

　　太陽風暴導致災害

　　太陽的爆發給我們最直觀的感受就像是火山噴發，而這座“火山”不同尋常，它爆發噴射出的物質會分3 次衝擊地球。第一次大約8分鐘到達地球，此時的X射線、紫外射線、射電波等將會突增，地球上射電譜段的電波會受到干擾；第二部分是高能帶電粒子，在幾小時至十幾小時到達地球；第三部分是等離子體團，它含有大量的物質和能量，會在1—4 天飛到地球，對地球產生巨大的影響。假如1859 年的“太陽風暴”(卡林頓事件)再次襲擊地球，將會導致前所未有的損失。那時的太陽風暴造成的僅僅是通信中斷，現代社會依賴於大型、複雜、相互關聯的技術系統，一旦發生超強的太陽風暴，將會帶來比1859年更加廣泛、更加嚴重的災難。

　　太陽風暴可以使太空中或地面的技術系統功能受損甚至報廢，將導致國民經濟蒙受損失、國家安全受到威脅。衆多事件已使得人們逐步深入認識到太陽風暴對我們的生活會帶來嚴重的影響。統計表明，國內外衛星故障大約40% 與空間天氣條件有關。中國“風雲一號”氣象衛星(1990 年11 月)、“亞太2 號”通訊衛星(1995 年8 月)等的失敗都因太陽風暴所致。太陽風暴對航空航天、通訊、導航與定位、國防、地質勘探、長距離管網系統、生物等多個方面都會產生重大影響。美國科學院2008 年報告中指出“我們可能面臨的最大的自然災害之一，就可能是一次導致電網長期癱瘓的太陽風暴。”

　　“太陽風暴來臨時，對地球電網的影響是全球性的嗎？” 知名媒體人楊瀾提出了大家都十分關心的問題。王勁鬆解釋道，“太陽風暴會使地球的磁場發生變化，變化的磁場會產生電場，但是這個電場只有20 mV/m，不過現今的輸電線路動輒幾千公里。如果是一條1000 km的輸電線路，將會有2 萬伏的直流電壓衝擊變壓器，這對電網來說是致命的打擊。因此，電網所受的影響與其自身規模相關，不同電網受到的影響不一樣。”實際上，太陽風暴對地球不同地區的影響程度並不相同，越先進的地方，可能越脆弱，受到的影響也會越大。而對於現代技術並不是很發達的地區則對太陽風暴不那麼敏感。

　　如何應對太陽的威脅

　　太陽風暴對地球的影響是巨大的，那麼如何應對它的到來呢？王勁鬆告訴我們，“太陽風暴可能造成的影響就像多米諾骨牌，第一張牌倒了後面的牌都會倒，要想避免它的影響，最好的辦法就是在骨牌中樹立一個東西切斷這種連環事件。”預報是應對太陽風暴最好的方式，太陽風暴是一種低概率、高風險事件，很難防禦但可以減緩。“現在的空間天氣預報準確性如何？”中國氣象局副局長矯海燕迫切地問道。王勁鬆坦言，“對太陽風暴發生的預報就像預報臺風來襲一樣，離非常準確還有一定距離，但是一旦太陽爆發了，我們可以比較準確地預測出它何時影響地球。我們可以充分利用這個時間提前做好應對準備，以有效降低乃至避免太陽風暴帶來的災害損失。”

　　國家衛生健康委員會科教司王錦倩處長對太陽風暴對人類健康的影響有濃厚的興趣，她說，“當太陽風暴來臨時，我們是否需要採取一定的防護措施？”王勁鬆告知，“通常太陽爆發時對人幾乎沒有影響，但是長期的空間天氣變化產生的累計效應可能會帶來影響，這一問題還有待繼續研究。”

　　中國科學院院士、中科院物理所研究員向濤在談及風暴應對時也提出設想，“是否可以利用太陽爆發的週期性來預報下一次超級太陽風暴的時間？”王勁鬆認爲，“太陽活動確實有一定的週期性，但超級太陽風暴是偶發性事件，目前只能測算出它可能發生的概率。”

　　與會嘉賓合影

　　本期科普活動結束前，中科院物理所所長方忠對主講人的精彩演講及嘉賓們對活動的支持表達了誠摯感謝。他表示，科學咖啡館既是傳播科學、碰撞思想的場所，也是激發靈感、拓寬視野的地方。科學咖啡館至今已成功舉辦了35 期，正是大家對科學傳播工作的支持，才使得這裏熠熠生輝。

　　中科院科學傳播局局長周德進在活動最後總結道，“今年是紀念‘ 五四運動’ 100 週年，‘ 五四運動’中提出了民主與科學，而民族的進步必須以科學素養的提升爲基礎和先導。科學咖啡館雖然空間很小，但是隻要一直堅持發出自己的聲音，長此以往就能做出很大的貢獻。”

　　主講嘉賓王勁鬆引用了氣象人常說的一句話，“雖然預報不會百分之百的準確，但我們會付出百分之百的努力。”也許正是這份嚴謹和勇氣，才使得人類對科學的探索充滿無限可能。

　　中國科學院物理研究所 龔則周 李淼 魏紅祥 供稿)

　　本文選自《物理》2019年第3期