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太阳风暴杀灭病毒是一个太阳物理问题
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太阳风暴杀灭病毒是一个太阳物理问题
吉林大学：杨学祥，杨冬红
太阳风暴只是太阳表层（大气）的活动。太阳除了发光（电磁波）还不断地往外吹出物质（即太阳风），太阳大气的最外层（日冕）并没有明确的外边界，从某种意义上说地球也是在日冕中的，时时刻刻都沐浴着太阳光、吹拂着太阳风。
当太阳上发生剧烈的爆发活动（即“太阳风暴”）时，伴随着强烈的X射线、极紫外辐射增加（即太阳耀斑，Solar Flare），还往往会有比平时多的多物质从太阳上抛射出来（即日冕物质抛射），它们对生物、微生物、细菌和病毒都有杀灭作用，宇航员的身体也会受到伤害。在一般条件下，地磁层可以阻挡大部分太阳风暴进入地表，保护地球生命不受伤害，但是在超级太阳风暴的侵袭下可以冲破地磁层进入地表，简单的微生物，如细菌和病毒就会被太阳风暴杀灭。
一般的太阳风暴（较常见）可能会对卫星、航空航天、无线电通讯、导航定位等领域造成不同程度的干扰和损失；超级太阳风暴（较罕见、如1859年卡林顿事件）则有可能导致卫星毁坏、无线电中断、宇航员受到致命辐射、电网崩溃、甚至大规模生物灭绝等灾难性事件，造成的社会经济损失将以万亿美元计算。
当太阳上发生剧烈的爆发活动（即“太阳风暴”）时，伴随着强烈的X射线、极紫外辐射增加（即太阳耀斑，Solar Flare），还往往会有比平时多的多物质从太阳上抛射出来（即日冕物质抛射）。这些高速抛射出来的物质会不会到达地球，何时到达地球，就属于空间物理的研究领域了。高能辐射和带电粒子到达地球后，会对地球的磁层、中高层大气产生影响，就像低层大气有打雷下雨等天气现象，高层空间这种种影响和变化就属于空间天气（Space Weather）的范畴了。
2022年3月太阳高能喷发一周发生三次 险些击中地球：错失疫情结束良机。
https://wap.sciencenet.cn/blog-2277-1341307.html
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怎样理解太阳风暴对地球的影响？
乔小海 星尘搬砖工
这个问题的原答案是我的知乎首答，刚留意到这个问题是放在“世界末日”的分类下面的，这么重大严肃的话题，不认真点怎么成，所以把这个答案好好修改了一下。不过个人水平有限，即使经过修改完善后，仍可能有不少错误，欢迎大家讨论。图片来自网络，请勿用于商业目的，转载请注明出处。
多图预警，如果觉得长，可直接拖到最后看黑体字的小结部分。
“太阳风暴”顾名思义，当然是来自太阳的，天文学里专门研究太阳的这个分支学科叫做——太阳物理，这个词看着挺简单的，跟它的英文Solar Physics一样是太阳（Solar）+物理（Physics）两个词组成的。不过鉴于@
下面的评论里，广大知友纷纷表示“新名词get”，这里就稍微详细地说说。说起来呢，“太阳物理”这个词不光是人类觉得新奇，连某著名门户网站的关键词过滤系统也不怎么认识它，记得当年在其博客上写了一篇太阳物理科研进展的博文，结果被提示有敏感词，经过一句话一句话的排除之后，发现这个敏感词居然就是“太阳物理”（为避免影响本答案严肃认真的风格，敏感的原因请自行脑补）
上图：太阳风暴示意图，大小和距离并没有按照真实比例来画，左侧红色大球为太阳，右侧蓝色小球是地球，地球外侧的蓝线表示地球磁场。
那么太阳物理具体是做什么的呢？
首先，太阳物理学是一门观测为主的学科，太阳物理学家们（Solar Physicists）通过各种专门的观测仪器全天24小时监测着太阳。这些仪器包括，真空太阳塔、色球望远镜、日冕仪、太阳磁场望远镜、太阳射电望远镜/射电阵、太阳极紫外望远镜、太阳X射线望远镜等等。
为什么要专门仪器呢，既然太阳也是颗星，那一般看星星的天文望远镜（或者说夜天文的仪器）为什么不能直接拿来用呢？这是因为相对于其它恒星，太阳离我们实在是太近了，太阳光对于设计用来接收微弱遥远星光的夜天文望远镜来说过于强烈了，轻则曝光过度、重则损坏仪器，甚至给观测人员造成人身伤害。【注意：为了您的安全，请勿使用任何望远镜（包括天文望远镜、观剧镜、观鸟镜、军用望远镜、玩具望远镜等等）直接观看太阳，请在专业人士指导下，在望远镜上加入专门的滤光器件（如巴德膜）后进行观测。为了您的健康，也请勿用肉眼长时间观看太阳，不论是夏日中午的烈日，还是日出、日落和日全食时期间的太阳】。
上图是位于美国亚利桑那州基特峰的麦克马思-皮尔斯太阳望远镜（
–Pierce_solar_telescope），其1.6米的口径算是太阳望远镜里的大块头了。
为什么说全天24小时呢，太阳不是会落山的么？是的，太阳确实会落山，但是可以通过在地球上不同经度的多个地点放置太阳望远镜，进行接力观测，从而达到“日不落”的效果。上世纪七十年代以来，多颗太阳观测卫星的发射使得日不落观测更为容易。比如美国NASA的STEREO卫星（
）和SDO卫星（
SDO | Solar Dynamics Observatory
）。NASA于2006年发射了两颗人造小卫星，分别在地球公转轨道的内部和外部绕太阳公转。由于轨道半径的差别，这两颗小卫星和地球之间的角度一前（STEREO-A，Ahead）一后（STEREO-B，Behind）慢慢拉开，使得我们可以同时对太阳全球进行360°无死角的观测。2010年NASA发射了其新一代太阳观测卫星SDO，以代替之前的SoHO卫星（
Solar and Heliospheric Observatory Homepage
），从此我们可以每天享受4096x4096p的太阳高清图片和电影的福利了，”点击SDO官网，看免费高清大片“。
上图：全球震荡网络组（
Global Oscillation Network Group (GONG)
）的六个台站组成一个”日不落“的全球日震监测网络。
上图：2012年10月06日世界时00:34时，太阳（黄色）、STEREO A（红色）、B（蓝色）及地球（绿色）的相对位置。
上图：2012年6月金星凌日时，SDO拍摄的极紫外304埃全日面图像，红色大圆盘即为太阳，大块的黄色不规则亮斑是太阳上的活跃区域（即太阳活动区），右上方黑色小圆斑为正在打酱油的金星，如有压缩请戳下面链
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/47/SDO%27s_Ultra-high_Definition_View_of_2012_Venus_Transit_%28304_Angstrom_Full_Disc_02%29.jpg
从古代人们就注意到了太阳黑子，如《汉书》中记载的
“三月乙未，日出黄，有黑气大如钱，居日中央”，
十七世纪望远镜发明后至今四百余年的时间里更是积攒了丰富的黑子观测资料。现在，专门的观测仪器每天提供的太阳数据是以TB为单位的，从这样海量的数据中分析、提炼有用信息，就成为了太阳物理学家的一项重要任务。
上图：2014年10月下旬一个巨大的黑子群出现在太阳上，甚至在日出日落时肉眼可见。下图：该黑子群与木星、地球大小比较。
上图：1612年，伽利略手绘的太阳黑子图，
Galileo Galilei, Drawings of the sunspots
。下图：
2002年，瑞典太阳望远镜（
）拍摄的某（半）个太阳黑子的细节，下方黑色区域是黑子本影，本影外部纤维状结构是黑子半影，半影外部斑块状结构是米粒组织，原图2125x1404p，如有压缩请点击
http://www.hao.ucar.edu/research/lsv/images/sunspot-observed.jpg
上图：从1750年至今的太阳黑子数月平均值变化图
http://solarscience.msfc.nasa.gov/SunspotCycle.shtml
。下图：NASA对太阳黑子数的最新（2015年8月）预测结果
。
其次，太阳物理是用物理学的方法来研究太阳的。比如通过角度测量和轨道计算得到日地距离和太阳半径、通过光谱分析得到太阳的化学组成、通过多普勒速度测量得到太阳内部波动模式和内部结构的信息，通过热核聚变理论估计位于太阳中心的巨大核电厂的生产状态，通过磁流体动力学理论模拟太阳大气中的纷繁变化等等。
太阳物理的研究成果也可以对物理学等其它学科的研究起到推动作用。比如，在元素周期表排名第二的氦，因为非常轻，在地球上的含量远少于太阳上的，所以1868年氦元素是首先从太阳光谱中被发现的，故而被称为”太阳元素“，Helium一词也来源于希腊语的太阳，直到二十多年后的1895年人们才在地球上确认了氦元素的存在。太阳上的特殊的温度、压力、密度环境，往往是地球上实验室所无法模拟的。当年对于太阳夫琅和费线、色球光谱、高温日冕光谱观测，促进了光谱学和原子物理的发展。近年来对于太阳中微子缺失问题的研究，也在一定程度上推动了粒子物理学的发展，比如亚瑟·麦克唐纳等人关于太阳中微子振荡的成果获得2015年诺贝尔物理学奖
上图：太阳光谱和夫琅和费线（即用字母标注黑色暗线）
对于天文学和天体物理自身而言，太阳物理更是一块极为重要的基石。太阳本身是一颗很典型/普通的恒星，也是我们目前可以近距离观测的唯一恒星，所以太阳物理的研究结果对恒星、星团、星系、星系团乃至宇宙学研究都有极大的借鉴价值。我们的时间单位——年，最初是以地球绕日公转周期定义的；天文学中常用的距离单位——天文单位，最初是以日地平均距离（）来定义的；恒星半径通常是以太阳半径（
）作单位来衡量的，比如大犬座VY这颗红特超巨星，其半径可达一千四百多个太阳半径；恒星、星团、星系、星系团的质量也常常以太阳质量（
）做单位来衡量，比如鲁道夫·基彭哈恩的一本知名科普读物就叫《千亿个太阳》。恒星大气的辐射传输、恒星内部结构、恒星演化等理论都是以太阳作为参考标准而建立起来的。
最后，太阳物理对太阳活动规律和日地关系的研究，对我们地球人类的生存和发展至关重要。同时回到题主的问题上，太阳风暴对地球有什么影响呢？为什么地球转了46亿年了，太阳似乎每天都照常升起，可总有电影、小说、传说等描写太阳异常大爆发导致世界末日呢？
这恐怕是由于看问题的角度（尺度）不同造成的。从太阳自身的角度来说，它在过去、现在和将来的几十亿年里都是很稳定的；然而，从现代人类的角度来说，太阳上的些许风吹草动也能产生不小的影响，若是万一太阳发生大的变故，对地球来说就真的是世界末日了。
太阳是一颗恒星，而且是恒星中的主序星。”恒“和”主序“的意思是——相对人类的寿命和历史而言太阳整体来说变化不大，就好像一位循规蹈矩的中年大叔，其中心稳定地进行着热核反应，将光和热送达太阳系的各个角落。太阳辐射的能量大部分集中在可见光和红外波段，这两个波段能量输出相对稳定，使得太阳辐射整体而言变化不大，以至于在日地平均距离处的地球大气外垂直于太阳光束的单位面积上接收到的太阳辐射被称为太阳常数（）。
上图：太阳辐射能量分布，以两条竖直的虚线为界，左边是紫外、中间是可见光，右侧是红外波段；下图：最近两个多世纪的太阳常数值，可见其变化仅为千分之一的量级
Lab 5: Global Surface Temperature |
太阳由内至外分为：
日核（Core，核心区，氢聚变为氦并放出高能光子和中微子，是太阳上的核电厂）、
辐射区（Radiative Zone，日核产生的高能光子一路跌跌撞撞往外走，经过不断的吸收和发射，能量逐渐降低）、
对流区（Convective Zone，对流主导的区域，太阳磁场在这里形成）、
光球（Photosphere，发光的球层，我们肉眼可见的太阳其实就是光球，常见的光球特征是太阳黑子Sunspot，太阳半径也是以光球为准的，从光球起就进入了太阳大气）、
色球（Chromosphere，有颜色的球层，得用特定波长/颜色的滤光片才能看到，常见的色球特征有日珥Preminace/暗条Filament）、
过渡区（Transition Region，温度、密度剧烈变化的过渡区域，很多示意图会忽略该层）和
日冕（Corona，最外面的一层，太阳的大帽子，常见特征有冕环Coronal Loop）。
由于我们看不到太阳内部（即无法直接观测到光球以下的电磁波），通常提到的太阳上有xxx，指的都是太阳大气中发生的现象。
上图：太阳结构示意图，包括太阳内部（日核、辐射区、对流区）和太阳大气（光球、色球、日冕），尺度大致符合实际比例。下图：SDO卫星在不同波段观测的太阳大气。
虽然太阳核心稳定地进行着核反应，其表层（太阳大气）却相当活跃。太阳大气并不是均匀静止的平行层结构，而是温度、密度分布非常不均匀，不断变化着的等离子体物质。就像大叔有发脾气的时候，太阳上/太阳大气中也时常会有些爆发活动。这些爆发活动会在短时间内（几分钟到几小时）放出多达焦耳的能量，对太阳而言，这只是其亿万年生命中的某个十分之一秒辐射出来的能量；对人类/虫子/小金鱼而言，这却相当于数千亿颗百万吨当量的原子弹同时爆炸。太阳除了发光（电磁波）还不断地往外吹出物质（即太阳风），太阳大气的最外层（日冕）并没有明确的外边界，从某种意义上说地球也是在日冕中的，时时刻刻都沐浴着太阳光、吹拂着太阳风。当太阳上发生剧烈的爆发活动（即“太阳风暴”）时，伴随着强烈的X射线、极紫外辐射增加（即太阳耀斑，Solar Flare），还往往会有比平时多的多物质从太阳上抛射出来（即日冕物质抛射）。这些高速抛射出来的物质会不会到达地球，何时到达地球，就属于空间物理的研究领域了。高能辐射和带电粒子到达地球后，会对地球的磁层、中高层大气产生影响，就像低层大气有打雷下雨等天气现象，高层空间这种种影响和变化就属于空间天气（Space Weather）的范畴了。
上图：2008年8月日全食时拍摄的日冕
，日全食时月球遮住了来自太阳光球的强烈光线，暗弱的日冕才得以显现出来，图中可见日冕结构延伸到数个太阳半径之外；下图：2003年11月4日世界时19点48分，SoHO卫星拍摄的太阳极紫外图像，右下角的亮斑是一次大耀斑，其强度达到了X28级，是有太阳X射线卫星观测以来记录到的最强耀斑。
上图：2003年10月28日世界时11点30分，SoHO卫星拍摄的太阳极紫外图像和白光日冕和合成图，中心红色圆盘为太阳，下方的比太阳还大的白色亮斑即为一次日冕物质抛射，两者中间的规则暗环是日冕仪挡板造成的。下图：SDO卫星拍摄的一次日冕物质抛射，感受一下高清图的威力。
幸而，我们的地球离得不太近，不会像水星那样被烤的没有水；地球的大气和磁场，可以有效地阻挡抵挡来自太阳的辐射和高能粒子。可见光和红外波段稳定而丰富的能量，使得人类的眼睛和一些动物的感官进化成可以看到这个两个波段的光，并且把其中之一称为可见光。
然而，当人类发展的脚步踏遍全球，当人类探索的翅膀飞越大气层，摸清中年大叔发脾气的规律就越来越重要了。
太阳耀斑产生X射线、极紫外辐射等约8分钟即可达到地球，这些高能辐射会增加地球高层大气的电离，严重时可导致依靠电离层进行传播的无线电信号中断，无线电通讯、无线广播、GPS系统等都会受到影响。顺手搜了几条中文报道，仅供参考，2015年的
，2013年的
。对普通人来说，可能只是没法听短波广播节目，GPS定位不准等小麻烦，对于国家来说则可能成为大问题，试想两国交兵之际，无线电通讯突然中断，会是怎样的后果。
来自太阳风和日冕物质抛射的带有电荷和磁场的物质则跑得慢些，要若干小时甚至几天才会跑到地球公转轨道附近，而它们一旦击中地球，会对地球磁场产生扰动。地磁场扰动会直接对地磁测量、导航定位、采矿钻探等行业产生影响，其产生的感应电压/电流会对电网、通讯电缆、输油管道等造成耗损，严重时可能导致电网瘫痪，比如1989年3月的太阳风暴导致加拿大魁北克全省停电
On March 10, a strong wind left the Sun, heading for Earth. On March 12, the first voltage fluctuations were being seen on the Hydro-Québec transmission grid. The System Control Centre was doing what it could to maintain stability. However, on March 13 at 2:44 a.m., the Earth's magnetic field was fluctuating violently. The grid's protection system was triggered, and a blackout occurred in less than a minute! The province was submerged in darkness for more than nine hours.
渣译，仅供参考：（1989年）3月10日，一股强风从太阳启程吹向地球。3月12日，魁北克输电网监测到第一波电压扰动。系统控制中心尽力维持稳定。然而，3月13日凌晨2点44分，地球磁场剧烈扰动。电网保护系统被触发，不到一分钟即导致停电。魁北克全省陷入黑暗中长达九个多小时。
在1989年3月的太阳风暴中，美国东北部的新泽西州也受到严重影响，下图为新泽西塞伦核电站损毁的变压器
Solar Shield--Protecting the North American Power Grid
太阳风暴导致电网瘫痪的风险在靠近地磁极附近的地区更大些，比如加拿大、美国和北欧国家，好的一面是，这些国家也更容易看到美丽的极光。
上图：极光照片，下图：北极光影响范围（极光椭圆）示意图，当遇到强太阳风暴时，极光椭圆的位置会更加靠南，中低纬地区也能看到极光。
太阳风暴发生时，在极区附近飞行的航班乘员可能有受到较大剂量辐射的风险，一些航空公司已在飞机上加装辐射测量仪器，并且会根据太阳活动情况及时调整航线，比如
。相对飞机而言，在地球大气层外人造卫星和飞船就得直面太阳风暴了，宇航员可以进入飞船躲避，同时关闭一些仪器设备以减少损失，比如
上图：SoHO卫星上日冕仪拍摄的2003年10月28日的一次强烈的日冕物质抛射，图片中心白色小圆圈表示太阳，图3、4可见来自太阳的高能粒子击中日冕仪产生的白色杂乱斑点。SoHO卫星位于第一拉格朗日点，会比地球先感受到太阳风暴的吹拂，从那密密麻麻的斑点仿佛能看到卫星在风暴中颤抖的样子，该卫星在此次风暴中暂时失效。
2003年10月底的太阳风暴被称为万圣节事件（
），该事件导致SoHO卫星等几颗在轨卫星发生故障，一些卫星关闭敏感仪器，国际空间站宇航员进入较为坚固的俄罗斯轨道舱（Russian Orbital Segment）进行躲避，瑞典停电一小时，美国德克萨斯州和欧洲地中海沿岸看到极光。1859年9月初，一次巨大的太阳风暴击中了地球，远至夏威夷、加勒比海等靠近赤道地区的人们都看见了绚丽的极光，史称卡林顿事件（
）。当时科技尚不发达和普及，卡林顿事件仍然造成重要影响，欧洲和北美的电报系统陷入瘫痪，更甚者电报线路上打出的火花引燃了电报纸。
在卡林顿事件一百多年后的今天，从人造卫星到电网，从汽车导航到ATM取款机，科技已经渗入现代社会的各个角落。一般的太阳风暴可能会带来几十分钟的短波通讯中断和低频导航信号减弱、造成卫星单粒子事件，以及提高宇航员和极区航班乘员受到的辐射水平。超级太阳风暴可能会造成无线电中断、卫星毁坏、导航定位失灵、计算机系统崩溃、大规模停电、宇航员和极区航班乘客受到致命辐射等，其中任何一条都会导致巨大的灾难。美国科学院的报告（
http://lasp.colorado.edu/home/wp-content/uploads/2011/07/lowres-Severe-Space-Weather-FINAL.pdf
）显示，如果发生超级太阳风暴，仅第一年就会给美国造成达高达1-2万亿美元的经济、社会损失，风暴后的恢复重建时间可能长达4-10年。当然我们不能因为有太阳风暴的威胁就退石器时代，我们可以通过继续24/7监测太阳，支持和推动太阳物理、天体物理、地球物理和空间科学研究，关注太阳活动预报，在产品设计和系统规划等方面考虑太阳风暴的因素等等，将风险降到最低。
太阳活动和空间天气预报网页：
美国国家海洋和大气局-空间天气预报中心：
NOAA/NWS Space Weather Prediction Center
中国气象局-空间天气监测预警中心：
小结：
1. 太阳风暴只是太阳表层（大气）的活动，太阳核心一直在稳定的进行着核反应。对于地球本身来说，太阳风暴的影响并不大，毕竟地球已经绕着太阳转了几十亿年了。由于有地球大气和磁层的保护，对于地球上的大多数动植物，一般来说太阳风暴的影响也不大，毕竟人家都在地球上生活了亿万年了。
2. 对于依赖电网、卫星导航、手机、电脑、ATM取款机等高科技产品的现代社会的我们，情况就不那么乐观了。一般的太阳风暴（较常见）可能会对卫星、航空航天、无线电通讯、导航定位等领域造成不同程度的干扰和损失；超级太阳风暴（较罕见、如1859年卡林顿事件）则有可能导致卫星毁坏、无线电中断、宇航员受到致命辐射、电网崩溃等灾难性事件，造成的社会经济损失将以万亿美元计算。
3. 应对太阳风暴的办法：全天24小时监测太阳，支持和推动太阳物理、天体物理、地球物理和空间科学研究，关注太阳活动预报，在产品设计和系统规划等方面考虑太阳风暴的因素等等，从而将太阳风暴的风险降到最低。
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太阳刚刚爆发X级大耀斑，对地球会形成什么影响？
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发布于 2022-04-01 20:07· 165 次播放
https://www.zhihu.com/question/20109558/answer/16090547
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