來源：視覺中國

事實上，太陽活動是日地空間系統(tǒng)中災(zāi)害性天氣事件的驅(qū)動源。典型的太陽爆發(fā)活動包括耀斑和日冕物質(zhì)拋射，其產(chǎn)生的帶電粒子流以太陽風(fēng)的形式在行星際旅行，對地球空間環(huán)境產(chǎn)生擾動。太陽風(fēng)是由電子、質(zhì)子和較重的離子組成的，以平均每小時160公里的速度穿過太陽系。在地球上，12級臺風(fēng)的風(fēng)速是每秒32.5米以上，而太陽風(fēng)的風(fēng)速，在地球附近卻經(jīng)常保持在每秒350千米至450千米，是地球風(fēng)速的上萬倍。幸運的是，地球大氣之外的地球磁層給地球撐起了一把“保護(hù)傘”。地球磁層可以使大量來自太陽的高能粒子偏轉(zhuǎn)方向，對地球生物、人造衛(wèi)星和空間站等形成有效的保護(hù)。如果沒有“保護(hù)傘”，地球大氣將被太陽風(fēng)吹走，液態(tài)水也難以保存。用科學(xué)的語言來講，這把傘主要指“磁層頂”，即太陽風(fēng)和地球磁層的分界區(qū)。研究證明“保護(hù)傘”是存在的，但對于它的整個形貌并不清楚。

事實上，地球磁層形成的“保護(hù)傘”并非密不透風(fēng)。部分太陽風(fēng)能量會進(jìn)入地磁“保護(hù)傘”，進(jìn)而引發(fā)空間天氣。為什么會有“漏網(wǎng)之魚”？

這是因為“傘”上有破洞，科學(xué)術(shù)語叫“磁重聯(lián)”。當(dāng)太陽風(fēng)的磁場和地球磁場發(fā)生重聯(lián)，高能粒子會沿著重聯(lián)的磁力線進(jìn)入地球空間。具體而言，部分太陽風(fēng)能量和物質(zhì)會通過磁場重聯(lián)等過程進(jìn)入地球磁層內(nèi)部，引起電離層和地磁的劇烈擾動，表現(xiàn)為磁暴或磁層亞暴等。強磁暴會對航天系統(tǒng)、無線電系統(tǒng)、電力和能源系統(tǒng)等產(chǎn)生嚴(yán)重影響。例如1989年一次日冕物質(zhì)拋射所引發(fā)的強磁暴襲擊了加拿大魁北克地區(qū)的電網(wǎng)，導(dǎo)致該地區(qū)出現(xiàn)大范圍的斷電事故，受直接影響的居民人數(shù)達(dá)到600萬人。

雖然太陽風(fēng)會對地球空間環(huán)境產(chǎn)生影響，但中間的物理過程人們還不是很了解，許多關(guān)于地球空間環(huán)境對太陽風(fēng)擾動的研究，將這個系統(tǒng)視為一個“黑匣子”。例如學(xué)界對磁重聯(lián)現(xiàn)場發(fā)生機制有著不同的認(rèn)識。有理論認(rèn)為，磁重聯(lián)是穩(wěn)態(tài)的重聯(lián)，即“保護(hù)傘”上的破洞是一直存在且相對固定的。也有理論認(rèn)為，磁重聯(lián)是間歇發(fā)生的現(xiàn)象，即“保護(hù)傘”上的“破洞”會不斷地出現(xiàn)并演變、消失。針對這個問題，中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心的王赤團(tuán)隊對太陽風(fēng)和地球磁層的相互作用進(jìn)行了深入研究。他們和中科大團(tuán)隊合作建立了三維的全球磁層磁流體力學(xué)模型，使我國成為國際上少數(shù)擁有能自洽描述太陽風(fēng)—磁層—電離層耦合系統(tǒng)數(shù)值能力的國家之一。王赤認(rèn)為，磁重聯(lián)是太陽風(fēng)和地球磁層相互作用中非常重要的一環(huán)，全景式的觀測將豐富人們對于磁重聯(lián)的認(rèn)識，同時揭開更多關(guān)于空間天氣的謎團(tuán)。

（本文由中國人民大學(xué)附屬中學(xué)第二分校一級教師王和意進(jìn)行科學(xué)性把關(guān)。）

責(zé)任編輯：胡惠雯