空间天气威胁 ：太阳风暴及其对地球变暖的影响

                                          杨学祥

     有报道称，在人们的印象中，美国总统关心的都是大选的得票率、美军航母的部署位置和大国间关系的处理这类政治领域的事务，除非外星人某天真的如电影里那样入侵地球（目前我们依旧没有发现外星人），美国总统似乎很难与太空中发生的事情发生联系。

       然而，2016年10月，时任美国总统的奥巴马签署了题为《协调努力为国家做好空间天气事件的准备》的总统行政命令，要求NASA和国防部、国土安全部、内政部、商务部等部门一起，为应对太阳风暴所带来的危害做好准备。面对给予我们光和热的太阳，美国总统为何如临大敌？

美国空间天气研究简述

美国在1995年就出台了第一个空间天气十年行动计划，并在进入21世纪后牵头开展了“与星同在”国际合作计划。近年来，美国又制定了多项政府层面的顶层设计文件：

▪2015年，美国出台了《国家空间天气战略》和《国家空间天气行动计划》；

▪2016年由奥巴马总统签署了《协调努力为国家做好空间天气事件的准备》的总统行政命令；

▪2019年3月，特朗普政府又出台了新版的《国家空间天气行动计划》。

这些政府文件与科学家们倡导的研究计划既相互配合，又存在差异。科学家们的研究计划是以解决科学问题、获得科学发现为导向，通过总结科学目标提出进一步研究的方向，主要由大学或科研机构中的科学家们完成。而政府部门的有关计划则是以提升形成应对空间天气事件的实际能力为导向，通过总结行动重点为政府各个部门制定行动纲领，将科学家门已经和将要获得的科学认识转化为方案、措施与防灾减灾的基础设施，需要由政府官员、空间天气科学家和有关系统的科技人员共同完成。

太阳风暴分级及其危害

第一种小型太阳风暴:这种小型的太阳风暴不会对电力设施造成影响，不易造成极光和磁暴，由于威力小不会对地球的大气层和磁场造成影响最多也只是造成35℃到40℃的高温天气，这种的小型太阳风暴很常见。威力指数:1。

第二种中型太阳风暴:这种中型的太阳风暴会对电力设施造成影响，会导致全球部分地区大停电。容易产生极光和磁暴。所以在一些地区会看到极光，太阳风暴会冲击地球的磁场但不会造成巨大破坏。停电基本在短时间内可以恢复，这种中型太阳风暴周期为11年，上次是发生在1989年和2003年。威力指数:100。

第三种超级太阳风暴:这种超级太阳风暴会对电力设施造成严重破坏，能烧坏电线和电力设施系统。造成全球大部分地区大停电，太阳风暴会猛烈冲击地球的磁场，带电粒子会对地球多个地区产生极光并且还可能会造成火灾一系列的灾难。停电必须要在很长的时间内才能恢复，这种类型的太阳风暴是百年才一遇，上次是发生在1859年。由于当时科技不发达所以造成破坏不大，如果发生在科技发达的今天估计会被打回原始社会。威力指数:6000。

第四种死亡型太阳风暴:死亡型的太阳风暴的威力是1859年的超级太阳风暴的10倍，产生更大的威力会击毁卫星和空间站，而超级太阳风暴也只是让卫星故障短路，这种太阳风暴会对全球产生80℃以上的高温天气会导致很多人中暑死亡还会引发大火灾。这种类型的太阳风暴在一万多年前曾多次发生。威力指数:60000。

第五种冰河型太阳风暴:这种冰河型的太阳风暴会造成强烈地震和超级火山爆发，超级火山爆发后地球会陷入很长的冰河期少则3年多则1000年。七万多年前曾发生这种冰河类型的太阳风暴使当时人类险些灭绝，全球只剩2000多人。威力指数:400000。

第六种末日型太阳风暴:这种末日型的太阳风暴威力相当于整个太阳一齐向地球开火，这种太阳风暴可以轻易击毁地球磁场。产生的高温可以燃烧地球上的一切，能让大海蒸发，如果这种类型的太阳风暴会发生电影《先知》的天火焚城的场景将会真实上演。但这种末日类型的太阳风暴在地球历史上没有发生过，但几十亿年后太阳接近死亡时有可能会发生。威力指数:4000000。

太阳风暴可能加速全球变暖

我们都知道太阳每11年会发生一次大规模磁活动周期。自从人类开始认识到太阳具有周期活动后，如今我们已经步入了第25个太阳周期。

第25个周期开始时间为2019年12月，太阳磁场活跃峰值预计2023年到2025达到巅峰。

在2022年，科学家原本以为2023年是太阳耀斑爆发的集中期的开始，谁知道预测来的如此之快，现在刚刚步入2023年还不到半个月，太阳耀斑就已经发生了一次了。

来自NASA的分析，2023年1月9日，太阳发生了大规模耀斑爆发，这次爆发是由全新的太阳黑子引起的，此次这个太阳黑子并没有正对地球，而如今这个黑子正在慢慢移动到地球方向，这就意味着2023年可能会爆发超级太阳风暴，从而影响地球！

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1371941.html

自从听说2023年有太阳风暴后，大家就有很多担心，其中一个担心就是太阳风暴可能加速全球变暖。

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1358342.html

相关报道

全球变暖新观点：最强太阳风暴导致全球变暖

已有 2620 次阅读 2022-10-7 09:48 |个人分类:全球变化|系统分类:论文交流

                      最强太阳风暴导致全球变暖

                                                                 吉林大学：杨学祥，杨冬红

        问题的提出：太阳风导致全球变暖（以下是网友文章简介）

       根据2020年4月15日发表于《物理学家组织》的一篇文章，威斯康星大学的物理学家发现了来自太阳风温度的异常。他们一边调取了卫星的监测数据，一边又通过现有理论进行计算，结果发现，太阳风到达地球时的实际温度是预测温度的10倍。

       强烈的太阳风会破坏电力、通讯设施，会严重影响在轨卫星的运作，同时我国科学家杨学祥也指出，强烈的太阳风是全球变暖的重要推手。

       太阳风为何会如此炽热？是什么未知能量在给予它源源不断的热量吗？它又为什么会推动全球变暖呢？

       全球变暖的主要推手

       一说起全球变暖，很多人第一时间想到的都是“二氧化碳含量”。其实还有一个很出名的现象也在导致全球变暖，那就是“臭氧空洞”。而我国科学家杨学祥就认为，造成臭氧空洞的主要推手是太阳风而非氟利昂。         早在1999年9月，他就发表了名为《太阳风地磁场·臭氧洞——臭氧空洞地球环境灾害成因探索》的论文来阐述自己的观点。我也在4月7日发表文章详细讲述了这一理论，有兴趣的朋友可以去看一下。这里我简单介绍下杨教授的观点。

      他认为，南北两极臭氧层中的臭氧分子主要是被来自太阳风的高能粒子电离破坏。同时，强大的太阳风也会将两级的大气向“后”吹，进一步稀释该地的大气。每当两极进入极昼时，两极接受到的太阳风辐射会达到顶峰，臭氧空洞就会达到一年内的极值。

       因此，这次研究中被证明的比原预测热10倍的太阳风可能会为杨教授这一理论提供新证据。因为对于粒子来说，“温度”仅仅意味着分子热运动的快慢，越“热”意味着粒子运动越快，能量越高。而太阳风粒子越“热”，就意味着对臭氧的破坏能力越强，产生的臭氧空洞越大。

       这也就不难解释为何南北两极上空会出现面积巨大的臭氧空洞了。

       此次研究给太阳风的研究打开了一扇新的大门，研究人员将会进行更多试验以确保结论的正确性。

https://www.163.com/dy/article/FB1JHGQO054305GQ.html

      “臭氧洞漏能效应”和“地磁层漏能效应” 

       我们在1999年撰文提出，到达地球的太阳辐射能大约有2%被平流层的臭氧吸收，7%被电离层吸收。当黑子活动高峰发生太阳风暴时，会大量破坏南极臭氧，随之产生“臭氧洞漏能效应”和“地磁层漏能效应”，使被地磁层和臭氧层阻隔的9%的太阳能由平流层进入对流层，导致南极平流层变冷对流层变暖。收缩的平流层自转变快，膨胀的对流层自转变慢，这是赤道高空风产生的一个原因。

       正X射线,γ射线和紫外线,大约占太阳辐射光谱总能量的9%.在80～400km高度范围的电离层,γ射线和X射线被N2和O2/O3所吸收,在15～55km高度的臭氧层,99%的紫外线被O3所吸收.即在地球磁层、大气层和臭氧层被破坏的时候,到达生物圈的太阳辐射能将增大9%,造成地表温度的大幅度波动.与此同时,到达地表的γ射线、X射线和过量紫外线将造成大规模的生物灭绝.这就是臭氧洞漏能效应.

http://cpfd.cnki.com.cn/Article/CPFDTOTAL-ZGDW199910001191.htm

https://www.doc88.com/p-4317663607230.html

https://www.docin.com/p-344676587.html

       2022年3月，两极地区同时异常增温只能用两极臭氧洞异常扩大和臭氧洞漏能效应来解释。

       1998年20世纪最热纪录的条件：1997-1998年20世纪最强厄尔尼诺事件，1995-1997年月亮赤纬角最小值，1977-1998年之间没有发生8.5级以上特大地震，1998年南极臭氧洞面积排名第2，1997年北极出现臭氧洞。

        2014年、2015年和2016年连续三年最热纪录的条件：2014-2016年连续三年最强厄尔尼诺事件，2014-2016年月亮赤纬角最小值，2013-2016年年之间没有发生8.5级以上特大地震，2015年南极臭氧洞面积排名第4。

        2022年3月19日地球两极正在经历异常的极端高温的条件：2020年9月南极出现臭氧洞（面积排序12位），2020年3月北极出现最大臭氧洞。

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1331721.html    

       最强太阳风暴导致全球变暖

       光明日报北京2014年6月5日电（记者齐芳）日本科学家发现公元774～775年地球碳14含量发生了显著增长，其时正是中国唐朝时期。由中科院国家空间中心特聘研究员周大庄领衔的团队确定，强太阳粒子事件，也就是俗称的“太阳风暴”是引起当时碳14含量显著增长的主要原因。

       如果这一结论正确，那么这将是已知的最强的太阳粒子事件——其质子通量大约45倍于1956年2月23日太阳粒子事件，也是1859年卡灵顿太阳粒子事件的2倍。

https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2014/6/296109.shtm?id=296109

       公元774年，来自太阳的高能光和极大加速的亚原子粒子的混合体撞击了地球，它改变了地球的大气化学性质，在数个世纪后都可以测量到。

       公元774年，一股来自太空的强大物质和能量波冲击了地球。

       一万年来，这个星球上从未有过这样的遭遇。高能光和加速巨大的亚原子粒子的混合物，当这能量波冲击地球时，它改变了我们的大气层化学组成结构，几个世纪后仍然能测量出来。

       根据树木年轮中放射性碳-14的浓度检测，科学家们发现公元774到775年之间（从大约公元600年到公元1000年的隋唐时期是第三个温暖期），可能出现了过去11000年间最强烈的一次太阳耀斑爆发，是正常太阳活动水平的20倍。而公元993年到994年之间太阳风暴又卷土重来，只是这次没有公元774/775年狂暴（从大约公元600年到公元1000年的隋唐时期是第三个温暖期）。

      根据公元前660年（从大约公元前770年到公元初的秦汉时期是第二个温暖期）、公元774/775年（从大约公元600年到公元1000年的隋唐时期是第三个温暖期）这两次超强太阳风暴的发生，我们是不是可以猜测大约1000年就可能爆发一次呢？如果真是如此的话，那么下一次可能已经逾期了，或许我们真的应该做一些准备了。

https://zhuanlan.zhihu.com/p/59394835

       我们的研究表明，这两次最强的太阳风暴是地球气候变暖的重要原因，处于太阳黑子延长极大期（（唐）大中极大期）；而在15-17世纪太阳黑子延长极小期，地球进入小冰期，没有最强超级太阳风暴发生。

       中国气候变化的周期大约平均为1000年，如果最强超级太阳风暴1000年就爆发一次，那么下一次可能已经逾期了，或许我们真的应该做一些准备了。

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1358185.html

          地球温暖期发生在最强太阳风暴和太阳黑子延长极大期，小冰期发生在太阳黑子延长极小期，最近一万年全球气候变化的证据表明，最强太阳风暴和太阳黑子极大期是全球变暖的主要原因。

       根据变化规律，下一次最强太阳风暴和太阳黑子极大期即将到来。

参考文献 (References) 

杨冬红. 2009. 潮汐周期性及其在灾害预测中应用[D][博士论文].长春:吉林大学地球探测科学与技术学院.

Yang Dong-hong. 2009.Tidal Periodicity and its Application in Disasters Prediction[D]. [Ph. D.thesis]. Changchun：College of Geo-exploration Science and Technology, Jilin   University. 

杨学祥, 陈殿友. 地球差异旋转动力学,  长春：吉林大学出版社,1998。85-89

杨学祥, 陈殿友, 宋秀环. 太阳风、地球磁层与臭氧层空洞. 科学（ScientificAmerican 中文版）, 1999, （5）：58~59

杨学祥. 地磁层和大气层漏能效应. 中国学术期刊文摘, 1999, 5（9）：1170~1171

杨学祥, 陈殿友. 地磁场强度的轨道调制与自然灾害周期. 见：中国地球物理学会年刊2000. 武汉：中国地质大学出版社, 2000. 307

杨学祥, 陈殿友. 构造形变、气象灾害与地球轨道的关系. 地壳形变与地震,2000,20（3）：39~48

Yang, Xuexiang, Chen Dianyou, Gao Yanwei, Su Hongliang and YangXiaoying, et al, Geophysical and Chemical Evidence in the Depletion of Ozone.J. Geosci. Res. NEAsia, 1999, 2 (2): 121~133

杨学祥. 臭氧洞与厄尔尼诺. 中国学术期刊文摘, 1999, 5（10）：1301~1303

杨学祥. 臭氧洞漏能效应及其形成原因. 见: 中国地球物理学会年刊1999, 合肥：安徽技术出版社, 1999, 191

杨学祥, 陈殿友. 地球流体运移动力与自然灾害. 同上, 326

陈殿友, 杨学祥, 宋秀环. 地球轨道效应与重大自然灾害周期. 同上, 256.*

杨学祥, 陈殿友. 地磁场强度的轨道调制与自然灾害周期. 见：中国地球物理学会年刊2000. 武汉：中国地质大学出版社, 2000. 307

杨学祥. 大气圈差异旋转及其对臭氧层的影响. 中国学术期刊文摘, 2000, 6（2）：199~201

杨学祥. 大气氯粒子层的形成原因. 中国学术期刊文摘, 2000, 6（3）：370~371

杨学祥. 太阳活动驱动气候变化的证据. 中国学术期刊文摘, 2000, 6（5）：615~617

杨学祥,张启文,陈震.预测中国巨灾的综合效应 . 见：中国地球物理学会编, 中国地球物理2003.南京：南京师范大学出版社,2003.358.Yang Xxuexiang, Zhang Qiwen, Chen Zhen. Integrating Effect for Chinese Greatest Disaster Forecast. In: the Chinese Geophysical Society, Annual of the Chinese Geophysical Society 2003.Nanjing Normal University Press, 2003.358.

杨学祥. 预测重大灾害的天文学方法与能量放大器. 见：中国地球物理学会编, 中国地球物理学会年刊2001.昆明：云南科技出版社.327.Astronomical Methods for Prediction of Great Disasters and Amplifiers of Energy   

https://www.163.com/dy/article/FB1JHGQO054305GQ.html

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1358342.html