美丽的极光像亭亭的舞女的裙。跳动在地球夜空中变幻莫测的极光,让刘颍有了诗意的联想。他引用了朱自清在《荷塘月色》中的语句:像亭亭的舞女的裙。然而,赐予地球最为绚丽多姿的极光的超级太阳风暴,也有可能为人类带来恐怖的灾难。超级太阳风暴是如何产生的?这是令科学家困惑的巨大谜团。
中国科学院国家空间科学中心空间天气学国家重点实验室研究员刘颍由于在太阳风暴方面所做的研究近日获得了中国一项空间科学奖——“赵九章优秀中青年科学奖”。他在获奖大会上做学术报告时说,根据美国空间研究委员会的估计,一个超级太阳风暴对现代科技社会造成的损失可达数万亿美元,社会恢复周期为4至10年。
他说,太阳风暴研究对中国的航天发展有非常重大的意义。太阳风暴会产生激波,是非常有效的高能粒子加速器。高能粒子辐射会使宇航员引发癌症。未来中国的宇航员去月球、火星,那里不像地球上有磁层保护,如果遇上太阳风暴,会直接影响到宇航员的生命安全。此外,高能粒子还会摧毁航天器的电子器件。
刘颍说,太阳风暴撞击地球磁层会引起地磁暴,产生非常强的电流,烧毁变压器,摧毁电网,现代社会一旦没有电,会造成巨大影响。还会影响导航、无线电通讯等。1989年的一次太阳风暴,导致加拿大魁北克地区600万人断电9个小时。
2012年,日本、欧洲、中国的科学家分别在树木年轮和珊瑚中发现,在公元774至775年间,出现了放射性碳14的显著增长,从而推导出当时地球遭受了强烈的粒子辐射。而粒子辐射既有可能是宇宙射线引起,也有可能是太阳风暴造成。究竟当时发生了什么?科学家认为,如果是宇宙射线引起的,进入地球大气层内,影响不会那么强烈,那场事件应该是太阳风暴。
2012年7月23日发生的一场超级太阳风暴在科学家的眼中堪称“完美”。刘颍与美国、欧洲科学家合作,首次完整观测了该超级太阳风暴,并揭示了其形成机制。他们这项研究成果于2014年3月发表在《自然》子刊《自然通讯》上。
刘颍说,日冕的温度可以达到数百万度,但是太阳低层大气的温度只有6000度,能量如何传播到日冕,为什么外层的大气比下层的大气温度还高?这是一个非常令人困惑的问题,科学家已研究了几十年,依然没有解决。另外,太阳风是由于日冕膨胀引起的粒子流,太阳风和日冕的温度差不多,太阳风是怎么得到那么高的温度的?太阳风是如何加速的?这些都是相关的重大科学问题。
他说,太阳风暴的发生本质上是日冕磁场的不稳定过程,所以必须研究日冕磁场。然而目前难以观测日冕磁场。太阳风暴如何产生,仍是悬而未决的问题。理解超级太阳风暴的机制,开展空间天气预报,对保护现代社会的经济利益至关重要。
他介绍,对于太阳风暴的观测主要是通过卫星在太空中进行。但目前中国还没有观测太阳风暴的卫星,中国科学家基本上利用欧美卫星数据,这是中国空间科学非常尴尬的局面。
卫星数据非常关键,如果只是分析别人的数据,做得再好,仍然不可能主导这个学科的发展。所以中国科学家非常希望中国有自己的太阳风暴观测卫星,他们对空间科学先导专项支持的太阳极轨射电望远镜(SPORT)计划和磁层—电离层—热层耦合(MIT)小卫星星座探测计划充满期待。