基本介紹
- 中文名:卡林頓事件
- 發現年代:19世紀
- 成因:太陽耀斑
- 發展:太陽風暴
- 影響:空間天氣
- 發生時間:1859年9月等
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發現
19世紀,英國有一位叫理察·卡林頓的天文愛好者。他很有錢,在倫敦附近造了一幢房子,裡面建有一間天文觀測室。他就在這間自己的天文觀測室里日復一日地觀測太陽,描繪著太陽表面的黑子。他把太陽的像投影在一塊螢幕上,小心翼翼地把所看到的情況描繪下來。
卡林頓決心通過觀測太陽黑子,確定出準確的太陽自轉周期。功夫不負有心人,他終於發現,太陽黑子沿日面移動一周的時間因緯度不同而各不相同。在太陽赤道上黑子大約只要25天便在日面上轉一周,而在日面緯度45度處的黑子則需要27天半才在日面上轉一周。卡靈頓的發現,徹底否定了當時有的天文學家提出的太陽是個固體球的理論,說明了太陽是個氣體球。
卡林頓通過自己的觀測,追蹤太陽黑子在整個為期11年的活動周期里的變化,看著它們變得越來越多而進入極大期,然後又逐漸消失而進入極小期。在此過程中,他發現,隨著這一活動的周期變化,不但黑子的數量發生變化,而且分布的位置會向太陽的赤道移動。每當一個太陽活動周期開始時,最先出現的黑子總是在離赤道較遠處,平均緯度為35度;然後黑子出現的位置漸漸靠近太陽赤道,在緯度10度到25度之間頻繁出現;最後,當這個活動周期臨近結束時,所有的黑子都集中到南、北緯約5度處。
1859年9月1日,早晨,卡林頓觀測太陽黑子時,發現太陽北側的一個大黑子群內突然出現了兩道極其明亮的白光,在一大群黑子附近正在形成一對明亮的月牙形的東西。他從來沒有看到過像這樣的東西。他很興奮,衝出觀測室,想找個人來證明他的發現。可是,樓里空無一人,而當他急忙回到望遠鏡旁時,吃驚地發覺剛才所看到的東西已經消失。
卡林頓向英國皇家天文學會報告:“我看到這次爆發非常迅速地增強。當時,我因為感到吃驚而有點慌亂,急忙跑出去想叫一個人為我的這一發現見證。過了不到60秒鐘我又跑回來了,卻窘住了,原先看到的爆發現象已經大為改觀,變得很微弱了。此後,僅過了很短的一段時間,最後的痕跡也消失了。”
幸好,另一位英國天文學家霍奇森也看到了這次太陽爆發,並向英國皇家天文學會報告了他的觀測結果。不過,人們還是把發現的榮譽給了卡林頓,稱這次事件為“卡靈頓事件”。
威力
成因
一次太陽耀斑爆發,在短短的1秒鐘內釋放出的能量,與平時整個太陽一二十分鐘內釋放出的總能量相當。因此,有人把太陽上的這種活動比喻為太陽“打噴嚏”是很形象的。
由於太陽是個熾熱的氣體球。太陽像地球一樣有磁場,它的磁場比地球的磁場強數千倍。地球主要由固體的岩石和金屬組成,因此它的磁場基本上沒有什麼大的變化。而太陽則完全不同,赤道附近的自轉周期短,緯度越高的地方自轉周期越長,於是它的磁場就會隨著自轉運動而彎曲和纏繞起來,從而造成種種活動現象。
由於太陽是個熾熱的氣體球。太陽像地球一樣有磁場,它的磁場比地球的磁場強數千倍。地球主要由固體的岩石和金屬組成,因此它的磁場基本上沒有什麼大的變化。而太陽則完全不同,赤道附近的自轉周期短,緯度越高的地方自轉周期越長,於是它的磁場就會隨著自轉運動而彎曲和纏繞起來,從而造成種種活動現象。
然而,在太陽上,由於太陽赤道上的氣體的自轉遠比兩極附近的氣體快,磁感線就會發生彎曲。隨著太陽不斷地自轉,磁場彎曲得越來越厲害。太陽磁場不能永遠保持扭曲的狀態,在少數磁感線最集中的地方,也就是磁場最強的地方,成束的磁感線開始纏結在一起,捅破太陽表面,伸展到太陽的大氣中,形成磁環。
發展
太陽磁場的活動,造成太陽黑子和耀斑爆發,拋射出包含有大量帶電粒子和巨大能量的氣體。這些氣體來到地球附近以後,發展成了對地球造成嚴重影響的太陽風暴。太陽觀測衛星拍攝的太陽發射的X射線像顯示:明亮區域是太陽大氣中的一些溫度偏高的區域,靠近太陽邊緣的一片亮區是正開始爆發的太陽風暴。其中的熾熱氣體在巨大的能量作用下翻騰。一片亮區大得足以並排著吞下幾十個地球,其中有一個很大的黑子群,是個磁場特彆強的區域……上述亮區已經開始爆發。
磁場裹挾著質量達數十億噸的一大團氣體離開太陽。這些熾熱的氣體依靠磁場纏結在一起,噴涌到太陽系空間中,時速幾百萬千米。當這團氣體來到地球附近時,向太空中伸展得很遠的地球磁場會使這團氣體的大部分發生偏轉,保護我們免受太陽風暴的襲擊。
然而,如果太陽風暴迎面襲擊地球,那么太陽風暴所攜帶的磁場會與地球磁場發生衝撞。這種衝撞會產生一種由帶電粒子形成的激波。這種衝撞可持續數小時,使地球磁場發生彎曲和畸變。爆發越強烈,這種畸變就越嚴重。有些來自太陽的帶電粒子可以穿透到地球磁場內很深的地方。
當帶電粒子轟擊地球的時候,受到擠壓的地球磁場可在地球背向太陽一側的遠處形成“短路”,使原來開放的磁感線閉合起來。其結果會造成能量的瞬間釋放,並使得帶電粒子在磁場中向內流,離地球近得多。然而,地球有著另一道防線來抵禦這些入侵的帶電粒子。在地球上空數千千米至2萬千米的大氣層內有幾層輻射帶。太陽風暴吹進來的粒子大多數陷落在這些輻射帶中,形成強大的電流。
預警
對於上述論斷的支持還來自極地的冰核。美國空軍研究實驗室的科學家佩吉·安·希和唐納德·斯馬特考察了1561年——1992年格陵蘭的冰核,從中尋找超強太陽風暴留下的痕跡。他們的目的是要測量當時沖入地球大氣高層的超高能粒子轟擊上層大氣中的氮原子,觸發一連串化學反應,產生稱為硝酸鹽的化學物質。
這種硝酸鹽被包含在極地的雪中,當這些雪受壓變成冰時就成為一種印記保存了下來。“卡靈頓事件”在冰核中產生了迄今最強烈的這樣的印記,遠比1972年8月的事件更加強烈。
影響
在1859年9月1日和2日,發生了紀錄上最大的地磁風暴,全球各地都看見了極光。值得一提的是在加勒比都非常的明亮,以致洛杉磯當地金礦的礦工都被驚醒,以為是早晨來臨了,都開始準備早餐。
越洋聯繫歐洲和北美洲的電報系統失效,電報塔架發出火花,電報紙也都自發性的著火。儘管電源供應是關閉的,但有些電報系統似乎繼續傳送和接收郵件。
越洋聯繫歐洲和北美洲的電報系統失效,電報塔架發出火花,電報紙也都自發性的著火。儘管電源供應是關閉的,但有些電報系統似乎繼續傳送和接收郵件。
觀點
《惡劣空間天氣事件》的作者認為,如果卡靈頓事件發生在21世紀的今天,那么影響會更嚴重,而且科技越發達的社會受到的影響也越大。因為遠距離輸電線構成了巨大的天線,它們在太陽風暴中會形成電流衝擊變電站。
另一方面,包括供水、物流、金融在內的與日常生活息息相關的系統都需要依靠電力,一旦斷電,就是一場災難。它導致的經濟損失可能達到1萬億到2萬億美元。
事件
“卡靈頓事件”是一次超強事件。類似的超強事件在歷史上曾經出現過多次。
例如1989年3月的那次太陽風暴曾經造成加拿大魁北克省整個配電網故障,而2003年10月30日特大的太陽風暴曾使兩顆衛星失靈,造成全世界通信和電網中斷。然而,研究人員認為,“卡靈頓事件”的強度超過了上述兩次事件,是有記錄以來地球所經歷過的最強的太陽風暴。