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過去幾年中，美國(guó)宇航局多次發(fā)出警告：2013年太陽會(huì)再次蘇醒，達(dá)到其活動(dòng)高峰，可能會(huì)爆發(fā)更多強(qiáng)太陽風(fēng)暴。如果一切成真，人類又沒有得力的應(yīng)對(duì)措施，它會(huì)給我們帶來巨大經(jīng)濟(jì)損失。
太陽打“噴嚏”地球就“發(fā)燒”
1859年，英國(guó)天文學(xué)家卡林頓在觀察太陽黑子時(shí)，發(fā)現(xiàn)太陽表面出現(xiàn)了一道小小的閃光，它持續(xù)了幾分鐘。卡林頓認(rèn)為自己碰巧看到一顆大隕石落在太陽上。
后來，有了更精良的觀測(cè)儀器，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)這種太陽閃光和隕石毫不相干。有時(shí)，閃光過后地球上會(huì)一再出現(xiàn)奇怪的事情。一連幾天，極光都很強(qiáng)烈，甚至在溫帶地區(qū)都能看到。羅盤的指針也會(huì)不安分起來，發(fā)狂似的擺動(dòng)。
隨著科技的進(jìn)步，極光的奧秘也漸為人知，原來，這美麗的景象是太陽風(fēng)與地球磁場(chǎng)合作表演的作品。另外彗星的兩條尾巴中的離子彗尾（另一條被稱為塵埃彗尾）也由太陽風(fēng)造成，當(dāng)彗星靠近太陽時(shí)，周圍的氣體會(huì)被太陽風(fēng)吹到后面，形成長(zhǎng)長(zhǎng)的離子彗尾。
太陽風(fēng)是來自太陽的一種稀薄而熾熱的等離子體物質(zhì)流，主要成分是質(zhì)子和電子。它的速度可達(dá)800公里/秒，是影響日地空間環(huán)境和空間天氣的主要原因之一。
“太陽風(fēng)和太陽爆發(fā)的概念與我們?nèi)粘Ｌ鞖庵械娘L(fēng)和風(fēng)暴有點(diǎn)類似。”山東大學(xué)威海分校空間科學(xué)與物理學(xué)院教授夏利東對(duì)《科學(xué)時(shí)報(bào)》記者說，“相對(duì)時(shí)有發(fā)生的太陽爆發(fā)而言,太陽風(fēng)在行星際空間中屬于常態(tài)存在，它有高速風(fēng)和低速風(fēng)之分，高速流和低速流相互作用可以形成所謂的‘共轉(zhuǎn)相互作用區(qū)’，它和地球磁層相互作用也能產(chǎn)生磁暴等影響航天器和航天員安全的殺手電子。特別是在太陽活動(dòng)周的下降和極小期，較大的爆發(fā)比較少，影響地磁活動(dòng)的主要因素便是冕洞高速太陽風(fēng)及由此形成的‘共轉(zhuǎn)相互作用區(qū)’。”
太陽的活動(dòng)對(duì)地球至關(guān)重要。資料表明，太陽風(fēng)暴會(huì)引起地磁暴、電離層暴，并影響通訊，對(duì)地面的電力網(wǎng)、管道發(fā)送強(qiáng)大地磁感應(yīng)電流，影響輸電、輸油、輸氣管線系統(tǒng)的安全。一次太陽活動(dòng)導(dǎo)致的輻射增強(qiáng)對(duì)人體來說很容易達(dá)到多次X線檢查的輻射量。它還會(huì)引起人體免疫力下降，情緒波動(dòng)，甚至造成車禍增多，氣溫增高。
科學(xué)家形象地把太陽風(fēng)暴比喻為太陽打“噴嚏”。太陽一打“噴嚏”，地球往往會(huì)發(fā)“高燒”。
逐日觀風(fēng)
自人類觀測(cè)到太陽風(fēng)以來，太陽風(fēng)的形成機(jī)制就成為人類想揭開的自然秘密。
盡管太陽風(fēng)研究已經(jīng)有半個(gè)多世紀(jì)的歷史，但是太陽風(fēng)起源問題目前還沒有得到最后解決。主要原因是沒有衛(wèi)星能靠近太陽去觀測(cè)，所有對(duì)其起源的研究都是基于模型得來的假說。為了了解太陽風(fēng)起源和加速的本質(zhì)，美國(guó)計(jì)劃在不久的將來發(fā)射一顆太陽觀測(cè)衛(wèi)星，它能到達(dá)七八個(gè)太陽半徑的位置去實(shí)測(cè)太陽風(fēng)。
幾年前，在空間天氣預(yù)防方面，我國(guó)除使用部分國(guó)內(nèi)資料外，絕大部分要依靠國(guó)外資料。因此提高我國(guó)對(duì)日地空間天氣及其引發(fā)的磁暴、高能粒子等危害的預(yù)報(bào)能力迫在眉睫。
2003年1月，在國(guó)家自然科學(xué)基金委地學(xué)部“關(guān)于推動(dòng)空間天氣研究座談會(huì)”上，中科院院士涂傳詒等人提出的“夸父計(jì)劃”科學(xué)思想和基本概念得到了很多單位和專家的支持。
隨后，在國(guó)家自然科學(xué)基金委重點(diǎn)項(xiàng)目等的支持下，多個(gè)科研單位和高校在“夸父計(jì)劃”的科學(xué)背景、科學(xué)目標(biāo)以及為實(shí)現(xiàn)科學(xué)目標(biāo)要求配置的有效載荷等方面展開了預(yù)先研究。“夸父計(jì)劃”現(xiàn)已列入中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)探測(cè)先導(dǎo)性專項(xiàng)計(jì)劃。
“夸父計(jì)劃”的實(shí)施將使我國(guó)自主深空探測(cè)距離從“嫦娥計(jì)劃”的38萬公里推進(jìn)到150萬公里，將顯著提高中國(guó)在國(guó)際航天領(lǐng)域的地位和形象，從根本上改變我國(guó)空間天氣業(yè)務(wù)主要依賴國(guó)外數(shù)據(jù)的現(xiàn)狀，使我國(guó)成為國(guó)際上最重要的空間天氣數(shù)據(jù)源之一。
“太陽風(fēng)源區(qū)遍布太陽表面，其起源過程中可能發(fā)生多個(gè)關(guān)鍵物理過程，這些物理過程控制著日冕的加熱和太陽風(fēng)的加速。因此，研究太陽風(fēng)起源的物理過程是空間物理學(xué)的關(guān)鍵課題之一。但限于觀測(cè)手段，很多理論都沒有確認(rèn)。”夏利東說，“對(duì)太陽風(fēng)起源、源區(qū)的瞬態(tài)活動(dòng)進(jìn)行多溫度的高時(shí)空和譜分辨率的診斷也是‘夸父計(jì)劃’的科學(xué)目標(biāo)之一。”
風(fēng)生何處
過去十年中，我國(guó)學(xué)者對(duì)太陽風(fēng)在幾種源區(qū)，包括極區(qū)和赤道冕洞、寧靜區(qū)、冕流和活動(dòng)區(qū)邊緣的起源特征進(jìn)行了系統(tǒng)研究，取得了在國(guó)際上有影響力的研究成果。
空間物理學(xué)界曾普遍認(rèn)為，太陽風(fēng)來自太陽表面日冕輻射較弱的開磁場(chǎng)區(qū)域，這種區(qū)域被稱為冕洞。我國(guó)學(xué)者利用衛(wèi)星觀測(cè)資料及日冕三維磁場(chǎng)構(gòu)建技術(shù)，獲得了冕洞源區(qū)的物理特性，發(fā)現(xiàn)太陽風(fēng)初始流動(dòng)起源于色球網(wǎng)絡(luò)組織單極磁場(chǎng)凝聚區(qū)，并且形成具有約10公里/秒的初始速度。
2005年，以涂傳詒為首的中德科學(xué)家小組在美國(guó)《科學(xué)》雜志發(fā)表研究論文，首次重構(gòu)極區(qū)冕洞開放磁場(chǎng)的三維結(jié)構(gòu)，確定太陽風(fēng)初始外流的形成高度，由此提出了三維太陽風(fēng)起源新圖像：太陽風(fēng)起源所需的物質(zhì)和能量由周圍的中尺度閉合磁圈被對(duì)流攜帶與位于色球網(wǎng)絡(luò)的開放漏斗狀磁結(jié)構(gòu)發(fā)生重聯(lián)而供應(yīng)。
隨后，我國(guó)學(xué)者還進(jìn)一步分析了過渡區(qū)以上低日冕的多普勒藍(lán)移隨溫度的變化趨勢(shì)，找到了太陽風(fēng)外流初始加熱、加速的證據(jù)，與太陽風(fēng)沿多個(gè)磁漏斗外流并在日冕里匯合的圖像相吻合。此外，創(chuàng)建了物質(zhì)和能量由流管中部供應(yīng)的太陽風(fēng)起源新模型，重現(xiàn)觀測(cè)得到外流加熱和回流冷卻。
“對(duì)太陽風(fēng)起源的新構(gòu)想得到學(xué)術(shù)界的重視。國(guó)外有學(xué)者評(píng)價(jià)為‘具有里程碑意義的成果’，使人們對(duì)太陽風(fēng)源區(qū)有了更好的理解。”北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院教授何建森說。
《空間研究進(jìn)展》雜志指出，如果這一概念正確，它將挑戰(zhàn)舊的概念，從根本上改變我們對(duì)于太陽風(fēng)形成的觀點(diǎn)。
此外，過去10年來，我國(guó)學(xué)者在冕洞太陽風(fēng)源區(qū)的瞬態(tài)現(xiàn)象研究中；在寧靜區(qū)的太陽風(fēng)起源特征研究方面；在作為低速太陽風(fēng)源區(qū)的冕流區(qū)研究方面都取得了不俗的成績(jī)。在國(guó)際高水平雜志發(fā)表論文近40篇，其中，在《科學(xué)》雜志上發(fā)表研究論文1篇，論文總的SCI引用近500次，先后獲陳嘉庚地球科學(xué)獎(jiǎng)等多項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)。

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