一、我国将着手研究太阳风对地球的影响

    万物生长靠太阳。为进一步了解太阳风等现象对地球的影响，我国科学家正在积极构想实施“空间风暴计划”，通过将三颗探测卫星“放”在太阳和地球之间的不同“位置”，进一步研究太阳和地球的关系，提高空间天气预报水平。

    太阳的“一举一动”，尤其是太阳、地球之间的空间天气，牵动和影响着地球。近年来，我国已通过实施双星探测计划在日地探测领域占据了一席之地；国内科学家正在积极研制太阳望远镜；国家自然科学基金也支持了对“夸父计划”的可行性研究——通过在太阳和地球之间“放”上两颗探测卫星，研究太阳的“骚动”和扰动。

    酝酿中的“空间风暴计划”由三颗探测卫星组成，将分别“放”在三个位置——距地球300千米（近地点）至700千米（远地点）、700千米至6.3万多千米、近2万千米至15万多千米的三条轨道上，分别重点探测电离层暴、磁层空间暴和太阳风等。

    刘振兴院士认为：“空间风暴计划的目的是建立地球空间对太阳风的反应和预报模型，进一步提高我国空间天气预报水平。”这位院士指出，美、欧等国目前注意力集中在登月和登火星上，日地空间探测中由几个空间强国控制的局面正在向多极化转变。“预计到2010年后，目前在行星际和地球空间运行的探测卫星都将寿终正寝。我国是一个空间大国，应该及时提出新的空间探测计划，不断推动空间物理、空间天气预报的发展。”

    三颗卫星重量大约都在400千克，有效载荷的功耗约40瓦，有效载荷重量约40千克。三颗卫星上共有磁场探测器、电离子层探测器、高能电子探测器、极光成像仪等31台探测仪。

    这一计划一经提出，即引起国际同行的关注，并被列入2007—2013年计划实施的国际与日共存计划中，欧洲有关国家、加拿大和俄罗斯等纷纷表示希望加盟中国空间风暴计划。

    根据科学家的设想，“空间风暴计划”将在2005年3月完成第一阶段的方案设计，2005年12月向国家申请立项，争取在2006年6月启动、2010年发射。发射将采取一箭三星方式，一次性将三颗卫星“送”到指定“位置”。

二、科学家主张：对太阳辐射施加影响给地球调温

    中新浙江网9月3日电 温室效应对气候的影响日益显著，一些科学家主张干脆调节地球气温。他们建议直接对太阳辐射施加影响，以期减少温室效应，甚至希望调节地球的温度。

    科学家之所以主张给地球降温，是因为：关于减少温室效应气体排放的《京都议定书》陷入了困境；很多发展中国家在加快经济发展速度；同时，欧美国家拒绝改变自己的生活方式，拒绝减少二氧化碳的排放。科学家因此作出了调节地球气温的种种大胆设想。

1.给地球戴上“墨镜”

    去年冬天去世、享年95岁的美国物理学家爱德华·特勒生前曾有过设想——向空中抛洒铝和硫的粉末，以使天空变得灰暗。按照他的计算，向空中抛洒100万吨铝硫粉末可以使日照减少1%，从而抵消温室效应。人们不要认为提出如此令人瞠目结舌的主张的人是一个老糊涂。须知特勒是氢弹之父，一直被认为是美国最优秀的科学家之一。特勒提出的办法类似于模仿大规模的火山爆发。

    1991年，波及范围达数百万千米的皮纳图博火山灰使地球气温下降了0.4 ℃，而且持续时间达好几个星期。但人们无法随意操纵火山，于是特勒设想：可以用飞行于13千米高空的飞机和部署于赤道上的美国海军大炮向空中抛洒铝硫粉末。这样做需要的经费为每年不到10亿美元。但生物化学家们却给这种主张泼冷水，他们认为散布于空中的这些硫和铝的微粒很可能会严重干扰同温层。

2.在天上装个“空调”

    除了特勒以外，另外还有许多科学家也在苦苦思索，希望能找到合适的办法给地球降温。美国物理学家洛厄尔·伍德的想法是：在地球和太阳之间万有引力互相抵消处（即拉格朗日点）安装一面直径为2000千米的半透明镜子。他认为，这面巨大的滤光镜不但能减少温室效应，而且能充当地球的空调器，通过改变滤光镜的倾斜度，可以增加或减少透过它的太阳辐射量。但谁来支付超过1000亿美元的巨额费用呢？此外，这样的滤光镜很可能对同温层造成影响，而且还有可能妨碍紫外线的通过。

    还有科学家从加强地球对太阳辐射的反射率的角度探索给地球降温：将数以10亿计的白色聚苯乙烯球投向海洋；将地球上的所有房屋的房顶都涂成白色。

    美国的一位科学家提出了一项更具有诗意的方案，将数千平方千米的阴云“染白”，通过向云层喷洒一些微粒，使微小的雨滴数至少增加10%。这样，由于光学作用，层积云就会被照亮变白，就会反射更多的太阳光。

3.把二氧化碳埋起来

    不过这些方案使多数气象学家感到恐惧，因为他们深知，气候的机制十分脆弱。

    法国气候专家让·朱泽尔直言不讳地批评说：“这些方案是愚蠢和危险的，它们会使一个已经难以控制的问题变得更加危险。”

    不过，有专家称虽然不应试图把地球变成一个恒温器，但采取一些重大的行动还是值得考虑的。例如，可以设法把二氧化碳深埋于海底或地下。地下含水层、煤矿井、封闭的岩洞、海洋等都可以成为埋藏二氧化碳的场所。如果先将二氧化碳液化以后再进行掩埋，则更能增加埋藏量。

    科学家们还考虑到了通过刺激浮游植物群落的光合作用以吸收二氧化碳。数年前，海洋学家们发现南太平洋因为缺铁而几乎没有浮游生物，美国生物学家约翰·马丁便建议向海洋里投放铁，以刺激浮游生物的生长。美国人和澳大利亚人已进行了4次试验，结果海洋里的藻类增加了很多。美国人迈克·马克尔斯甚至创办了一家促进海洋浮游生物生长的公司。他声称要向海洋里投放25万吨铁粉，并说此举可使美国埋藏掉自己排放的全部二氧化碳。

    无论是减少太阳辐射还是埋藏二氧化碳，总之各国政府必须下决心行动起来。否则，有朝一日人类生存的地球很可能会变成一个高压锅。

三、太阳活动对地球的影响

    太阳活动是指发生在太阳大气层局部区域的、在有限时间间隔内的各种物理过程的总称。主要表现为太阳黑子、光斑、谱斑、耀斑、日珥和太阳射电等变化现象。其中，太阳黑子是太阳活动的明显标志，耀斑是太阳活动最急剧猛烈的形式。

    太阳活动强弱变化平均约11年的周期。自1749年后第一个太阳黑子低值年（1755年）规定为太阳活动的第一个周期，2000年是太阳活动峰值年的第23个周期。凡是峰值年前后，黑子、耀斑等现象异常活跃，是研究太阳的大好时机。太阳以电磁波和高能粒子流的形式，向外放射着巨大的能量和物质。太阳的能量流和物质流对地球产生着深刻的影响，它对自然地理环境的形成、发展及演化具有决定性的作用。

1.太阳风与地球磁层 地球周围存在一个偶极磁场，当太阳风等离子体吹向地球时，使地球磁场被太阳风包围，形成地球磁层。一方面，由于地球磁层的存在，太阳风高能带电粒子不能到达地面，从而保护了地球表面有机体的生存和发展；另一方面，总有一部分高能带电粒子闯入磁层内，被磁层禁锢在地球高层。通过空间探测器，1958年美国范·艾伦发现了包围地球的强辐射带，称为“范·艾伦辐射带”。这个强辐射带分内、外两层，像套在地球赤道周围的两个轮胎环子，它对人类冲出地球的宇宙活动，会造成严重辐射的危害，要注意采取预防措施。

2.对地球电离层的影响 距地面约80—150 km的大气层，在太阳紫外线、X射线、粒子辐射的作用下发生电离，该层称为电离层。较高的电离E层和F1层，因太阳短波辐射强烈，电离程度高，自由电子密度大，主要反射短波电波；较低的电离D层，由于太阳短波辐射较弱，电离程度差，自由电子密度小，只能反射长波。当太阳活动增强时，会激发电离层大气分子进一步电离，造成离子浓度增高和吸收电波增强。尤其是太阳耀斑爆发后，会引起地球向阳半球面短波信号衰减或中断。短波无线电信号的中断，一般是几秒钟至几分钟，特别情况下长达半小时至1小时以上。

3.对地磁的影响 太阳活动引起地球磁场的不规则变化，叫做“磁扰”。十分强烈的磁扰现象称为“磁暴”。地球上发生磁暴时，磁针失灵，不能正确指示方向，从而影响野外工作，尤其是磁力探矿。同时，对军事战斗以及飞机和船舶的定向、定位也都带来影响。

另外，在地球高纬度地区经常出现一种变幻莫测、美丽壮观的极光现象，这也是太阳活动引起的。它主要发生在100—200 km的高空，有的高达1000 km。对于极光形成的理论，最早认为是太阳活动发出的高能带电粒子在到达地球附近时，受地球磁场的作用，迫使其沿磁力线方向运动到地球磁极的上空，它们与地球大气中的分子、原子碰撞而发光。而现代研究认为：极光是围绕地球两半球的一种大规模放电过程和表现形式。这种放电过程，是通过太阳风与地球磁层的相互作用来实现的。通过实验，证明极光在南、北极地区同纬度、同时间会一起出现与消失。

4.太阳活动与其他方面的关系 太阳辐射是地球气候形成的重要因素。太阳活动引起太阳辐射的改变，必然导致气候相应的变化。例如，有人研究树木年轮的生长状况，是受当时的气温、降水的影响，它既记录着气候历史的变化，又反映了太阳活动的情况，与太阳活动11年周期相符。根据我国2000多年太阳黑子的记录，黑子的11年、22年或更长周期，与我国历史上大范围旱涝灾害有很好的对应关系。此外，现代构造运动的重要标志之一——地震活动同太阳活动亦有密切关系。

（选自刘南威主编《自然地理学》）

四、揭开太阳的能量来源之谜

    在漫长的岁月中，人类没有发现太阳的光和热有丝毫的减弱，这既使人高兴，又使人不解，到底太阳的能量来源是什么呢?

    早先有人猜想，太阳可能是一只大煤炉，靠煤的燃烧来维持它的能量，倘若如此太阳能源来自煤的燃烧，其本质是碳与氧的化合反应。

    我们知道，太阳的表面温度有6000多度，太阳的辐射功率为3.9×1026瓦。如果用燃烧热来维持这个辐射功率，太阳不过几千年就烧光了。这明显和事实不相符合。

    随着天文学的发展，英国的天文学家爱丁顿（A.S.Eddin-ton，1882—1944）在观察了太阳的活动情况后，猜想:太阳的巨大能量有可能来自太阳上发生的亚原子粒子间的相互作用。1929年美国的天文学家H.N.拉塞尔（Henry Norris Russell，1877—1957）运用光谱分析证明太阳总体积的60％（后更准确的数值是80％）是氢。1938年美国的物理学家H.A.贝蒂（Hans AIbrecht Bethe，1906—）和德国的天文学家魏扎克（Carl Friedirich Von Weizsaker，1912—）等人，应用精密的光学仪器，证明了太阳的能量来源是靠氢的聚变反应。

五、太阳

    太阳系的中心天体，太阳系的八颗行星和其他天体都围绕它运动。在天文学中常以符号☉表示。它是银河系中一颗普通的恒星，位于距银心约1万秒差距的旋臂内，银道面以北8秒差距处。它一方面和旋臂中的恒星一起绕银心运动，另一方面又相对于它周围的恒星所规定的本地静止标准——银经56度，银纬+23度——做每秒19.7千米的运动。在太阳中心区的氢核聚变产生的能量，主要以辐射形式稳定地向空间发射。由于能量的产生和发射基本上已达到平衡，所以目前就整体而言，它处于稳定平衡状态。

1.基本数据

    研究太阳系天体特别是小行星爱神星的运动，和地球对于在它附近的天体的摄动，可以测定日地距离、太阳半径，求得太阳对地月系的质量比，从而求得它的质量。通过对太阳的光谱分析可以得知太阳的化学成分。太阳大气中氢和氦占绝大部分，其他是一些较重元素，按质量计，氢约占71%，氦约占27%，其他元素占2%。通过光度测量可以求出太阳的总辐射能和有效温度。利用这些观测数据和地球上已经证实的物理规律，如氢核聚变的反应率、物质传播辐射的机制等，我们就可以推测出太阳内部的结构。

2.太阳基本数据

日地平均距离	1亿5千万千米	光谱型	G2V
平均角直径	31′59.3″	目视星等	-26.74等
半径	70万千米	绝对目视星等	4.83等
扁率	0.05″	表面重力加速度	274米/秒2
质量	1.989× 1033克	表面逃逸速度	617.7千米/秒
平均密度	1.409 g/cm3	中心温度	约1500万度
总辐射功率	每秒3.83×1033尔格	中心密度	约160 g/cm3
有效温度	5770 K	中心压力	—
自转会合周期	赤道26.9天，极区31.1天	年龄	50亿年

六、太阳的大气层

    太阳是我们唯一能观测到表面细节的恒星。我们直接观测到的是太阳的大气层，它从里向外分为光球、色球、日冕三层。虽然就总体而言，太阳是一个稳定、平衡、发光的气体球，但它的大气层却处于局部的激烈运动之中。最明显的例子是标志太阳活动区的生长和衰变的黑子群的出没，Ha单色像中观测到的日珥的变化、耀斑的爆发等。由于这些剧烈的运动，太阳的表面结构必然是不均匀的。此外，我们还看到不断运动和变化着的米粒组织、谱斑、色球网络、针状物、喷焰、冲浪等。太阳周围的空间也充满了从太阳中喷射出来的剧烈运动着的气体和磁场，其影响范围一直延伸到太阳系边缘。因此，我们现在对太阳的理解就和20世纪初期的理解——太阳只是一个具有明晰边缘的发出光和热的气体球——很不相同了。

    占太阳辐射总能量99.9 %的辐射都集中在0.2—10.0微米波段内，这一部分辐射是稳定的。但是从紫外线到γ射线波段和从红外线到米波射电波段的辐射，就其总能量来说，虽只占太阳辐射总能量微不足道的一部分，但它们的变化幅度却是很大而且极不稳定的。这些波段的辐射主要来自太阳色球和日冕中密度极为稀薄的等离子体中。这些波段经常产生各种类型的爆发，表明上述区域存在激烈的物质运动。

    太阳还把大量物质粒子射入空间，这些粒子必须具有大于逃离太阳表面所需的动能。这种动能是在太阳表面或上层通过种种加热、加速机制获得的，是在这些层次中由于电磁力和运动的耦合造成的。

    太阳就是通过这些稳定的辐射和爆发，通过稳定的太阳风和爆发性的粒子流以及和它们联系在一起的磁场，影响着地球，造成各种地球物理现象和气候的变异，从而影响到人类的日常生活和航天事业。

七、太阳活动和磁场

    太阳活动的能量只占太阳总能量的极小部分。目前，人们认为这种活动只是太阳表层物质运动和变化的结果，不涉及太阳本体的基本稳定。对流层的湍流场是调制太阳活动能量的枢纽。参加调制的因素还有太阳自转和对流层内大尺度环流。由于这两个因素都是有规律的，而湍流场基本上是无规则的运动，所以太阳活动就呈现出既有规律性又有随机性。这充分反映在太阳黑子、日珥、谱斑的出没和耀斑的爆发之中。这些太阳活动现象的发生，与太阳磁场密切相关。

    太阳磁场的来源还不清楚。虽然，在磁场中导电流体的流动可以强化磁场，但是，必须要有种子磁场和流体的耦合，才能通过流体的放大作用产生一定规模的磁场，如我们在太阳表面所观测到的那样。太阳的较差自转、对流层内大尺度环流以及对流层湍流场的交互作用，在一定的时间内，会在对流层上层某些区域形成某些具有一定花样的磁结构。因为磁场的压强平衡了一部分辐射压，所以在等温条件下，磁结构内的物质密度就会小于周围环境的物质密度。于是在同样的重力场作用下，磁力线管就会受到浮力而上升，在日面上形成以黑子群为主要标志的太阳活动区。在太阳活动区里，各种表征太阳活动的现象，如黑子、耀斑、冲浪等就比不存在这样的磁结构的区域多得多。在太阳活动区外，最多只会出现个别的黑子、宁静日珥等。自然，在太阳活动区内和它的上空，磁力线管的结构和密度都与非活动区不一样，因此导电气体和磁力线的交互作用所产生的各种非热辐射和粒子加速现象，就远比非活动区多而且剧烈。

    近年的观测表明，在太阳活动区上空，磁场基本上是闭结构；而在非活动区上空，特别是冕洞区域，磁场基本上是开结构。在开结构区日冕电子温度一般约为100万度。而在闭结构区，日冕电子温度就达250万度。二者的差别反映了磁场在加热导电气体中所起的作用。我们所观测到的所有的太阳活动现象，如黑子、爆发日珥、耀斑、冲浪和日冕中的各种瞬变现象，冕洞的形成和消亡，太阳风中的等离子体的不稳定现象以及太阳X射线爆发，各种太阳射电爆发等，都是磁场——特别是活动区磁场——同这些区域内的等离子体交互作用的结果。

    色球、日冕实际上是炽热的太阳本体到空间的边界层，通常是不稳定的。例如色球—日冕过渡层内的“反常温升”，就是一个非常值得探讨的等离子体问题。但其具体机制，却因为在这个区域内的磁结构的复杂性和不均匀性，还远远没有弄清楚。

    光球表层下面潜伏磁场的存在和变化，是一个非常复杂的问题，具体的理论远未成熟。解释太阳活动的基本规律，如太阳活动的11年、22年、80年周期以及太阳活动区的日面分布规则等，都有待于这个问题的解决。

八、日地关系的研究

    现代科学所研究的日地关系学主要是研究太阳活动对地球的影响。早在一个多世纪以前，人们就发现了地球磁场表现出与太阳活动11年周期相应的变化，后来又发现太阳活动性对极光以及短波通信也有影响。这些都是在太阳活动增强时，各种高能电磁辐射、高能物质粒子和太阳风突然增强对地球的影响。

    太阳活动对地球有突发性影响，典型的事例之一是1972年8月7日耀斑大爆发。爆发后，强烈的太阳X射线、紫外线和射电波伴随着大量带电粒子流连续猛烈轰击地球达一个星期之久。其中在爆发开始后5小时之内有一股粗约16 km、长超过7000万米的带电粒子流以6500 km/s的高速闯进地球大气层，顿时引起地球电离层和地磁场变化。当时几乎所有飞机和轮船上的磁罗盘指针都摆动起来，全世界的短波无线电通讯彻底中断，极区出现明亮的极光。在一些地区甚至影响到电力线路，致使电灯忽明忽暗，仿佛发生了强烈的雷暴。至于弱电仪器和电子设备更是变化无常，不能正常工作。

    太阳活动对地球除爆发性影响之外，还有人类从历史记载的统计中得出太阳活动起伏，可能与气候、气象、江河水位，甚至地震等很多方面有关系。例如，有人经研究认为，太阳黑子数的变化与自然灾害活跃期有一定关系，与我国地震活跃期和严重洪涝和其他自然灾害有一定关联。1909年、1931年、1954年、1975年是太阳黑子的双周期，这些双周期在我国刚好就在20世纪4个地震活跃期中，而双周期及其前后又是我国长江、黄淮流域出现特大洪涝或其他自然灾害的时期。当然，太阳活动对地球的这种影响十分复杂，至今还没有整理出比较确切可靠并可资利用的统计规律，其物理机制是怎样的也还没有搞清楚。

    我国太阳能分布。太阳能利用具有巨大的潜力。太阳每年辐射到地球表面的能量相当于现在人类年需要能量总和的5000倍。我国各地太阳能年总量大约在33.5×108—83.8×1010J/m2之间，其中大部分地区都在50.2×108J/m2以上。全国有2／3的面积年日照在2000小时以上，华北、西北及青藏高原超过2500小时。我国太阳能资源的时空差异较明显，高值和低值的中心都处在22°N—35°N之间，即青藏高原高值中心和四川盆地低值中心。30°N—40°N地区，太阳能的分布随纬度的增加而增多。40°N以北，自东向西逐渐增加，新疆呈东西向分布。台湾自东北向西南增加。

    为便于太阳能资源开发利用，根据以下指标作出太阳能资源利用区划：首先是太阳能资源的年总量，其次是日照时数≥6小时的天数出现最多和最少的月份分布。通常认为在一日内日照时间低于6小时，利用价值不大。以此标准统计后，根据该资源的数量组合情况划分出资源丰富、较丰富、较贫乏和贫乏带。

    资源丰富带：主要分布在南疆、甘肃西部、青藏高原大部分和内蒙古高原西部。这些地区年太阳能总量在62.0×108J/m2以上，月平均气温≥10 ℃期间日照时数≥6小时的天数在250—300天以上。

    资源较丰富带：主要分布在新疆北部、东北地区大部、内蒙古高原东部、华北平原大部、黄土高原大部、甘肃省南部、青海东部、四川西部、川南滇北的一部分。太阳能年总量在50×108—62×108J/m2之间，月平均气温≥10 ℃期间日照时数≥6小时的天数在200—300天。

    资源较贫乏带：主要分布在我国东南部丘陵地区、汉水流域、重庆、贵州西部、云南的东南角、广西大部分、湖南东部和西部。太阳能年总量在42×108—50×108J/m2之间，月平均气温≥10 ℃期间日照时数≥6小时的天数在125—200天之间。

    资源贫乏带：主要分布在四川、贵州大部分地区，以成都平原最少。太阳能年总量小于42×108J/m2，月平均气温≥10 ℃期间日照时数≥6小时的天数在125天以下。

    与全球比，我国太阳能资源丰富带与同纬度相当或超过，其中青藏高原南部接近世界上太阳能最丰富的撒哈拉沙漠。但太阳能资源贫乏带的四川盆地，则是同纬度最低者