卡靈頓事件:發現太陽大爆發的事件-中文百科頻道

發現

19世紀，英國天文愛好者理查德·卡靈頓在倫敦附近造了一幢房子，裡面建有一間天文觀測室。他把太陽的像投影在一塊屏幕上，用于觀測太陽，描繪太陽黑子。卡靈頓決心通過觀測太陽黑子，确定出準确的太陽自轉周期。

最後他發現，太陽黑子沿日面移動一周的時間因緯度不同而各不相同。在太陽赤道上黑子大約隻要25天便在日面上轉一周，而在日面緯度45度處的黑子則需要27天半才在日面上轉一周。卡靈頓的發現，徹底否定了當時有的天文學家提出的太陽是個固體球的理論，說明了太陽在個氣體球。

通過觀測，卡靈頓追蹤太陽黑子在整個為期11年的活動周期裡的變化，看着它們進入極大期，然後又逐漸消失而進入極小期。發現随着這一活動的周期變化，不但黑子的數量發生變化，而且分布的位置會向太陽的赤道移動。每當一個太陽活動周期開始時，最先出現的黑子總是在離赤道較遠處，平均緯度為35度；然後黑子出現的位置漸漸靠近太陽赤道，在緯度10度到25度之間頻繁出現；最後，當這個活動周期臨近結束時，所有的黑子都集中到南、北緯約5度處。

1859年9月1日，卡靈頓觀測太陽黑子時，發現太陽北側的一個大黑子群内突然出現了兩道極其明亮的白光，在一大群黑子附近正在形成一對明亮的月牙形的東西。卡靈頓向英國皇家天文學會報告：“我看到這次爆發非常迅速地增強。當時，我因為感到吃驚而有點慌亂，急忙跑出去想叫一個人為我的這一發現見證。過了不到60秒鐘我又跑回來了，卻窘住了，原先看到的爆發現象已經大為改觀，變得很微弱了。此後，僅過了很短的一段時間，最後的痕迹也消失了。”

英國天文學家霍奇森也看到了這次太陽爆發，并向英國皇家天文學會報告了他的觀測結果。不過，人們還是把發現的榮譽給了卡靈頓，稱這次事件為“卡靈頓事件”。

威力

就在卡靈頓第一次觀測到太陽耀斑爆發後的幾分鐘内，英國格林尼治天文台和基烏天文台都測量到了地磁場強度的劇烈變動。然後，在17個半小時以後，地磁儀的指針因超強的地磁強度而跳出了刻度範圍。差不多同時，各地電報局電報機的操作員報告說他們的機器在閃火花，甚至電線也被熔化了。

而且，在這天夜裡，天空中五顔六色的北極光一直向南彌漫到古巴和夏威夷。卡靈頓幾乎肯定地認為這些事件都與他發現的耀斑爆發有關。

太陽耀斑爆發引起的太陽風暴，是一種從太陽大氣上層爆發出來的太空風暴，大量的帶電粒子以極高的速度吹向太陽系空間。如果太陽風暴恰好朝着地球吹來，在到達地球附近空間時，就會在地球上造成一系列事件。通常，一次耀斑爆發之後，粒子到達地球的時間大約是30小時。

成因

卡靈頓事件的成因是一次太陽耀斑爆發，在短短的一二十分鐘内釋放出的能量，與平時整個太陽1秒鐘内釋放出的總能量相當。因此，有人把太陽上的這種活動比喻為太陽“打噴嚏”是很形象的。

由于太陽是個熾熱的氣體球。太陽像地球一樣有磁場，它的磁場比地球的磁場強數千倍。地球主要由固體的岩石和金屬組成，因此它的磁場基本上沒有什麼大的變化。而太陽則完全不同，赤道附近的自轉周期短，緯度越高的地方自轉周期越長，于是它的磁場就會随着自轉運動而彎曲和纏繞起來，從而造成種種活動現象。

為了形象地展示太陽磁場的上述特性，可以把太陽的磁場想像成一條條穿過太陽的“磁感線”。然而，在太陽上，由于太陽赤道上的氣體的自轉遠比兩極附近的氣體快，磁感線就會發生彎曲。随着太陽不斷地自轉，磁場彎曲得越來越厲害。太陽磁場不能永遠保持扭曲的狀态，在少數磁感線最集中的地方，也就是磁場最強的地方，成束的磁感線開始纏結在一起，捅破太陽表面，伸展到太陽的大氣中，形成磁環。

在太陽表面這些磁感線捅出來的地方，就會形成太陽黑子。太陽繼續不斷地自轉，就會有更多的磁環和黑子形成。當該處的磁場變得非常強時，磁環就會吹向太空，這部分磁場連同其中所包含的氣體就會被抛入太陽系空間。

發展

太陽磁場的活動，造成太陽黑子和耀斑爆發，抛射出包含有大量帶電粒子和巨大能量的氣體。這些氣體來到地球附近以後，發展成了對地球造成嚴重影響的太陽風暴。

太陽觀測衛星拍攝的太陽發射的X射線像顯示：明亮區域是太陽大氣中的一些溫度偏高的區域，靠近太陽邊緣的一片亮區是正開始爆發的太陽風暴。其中的熾熱氣體在巨大的能量作用下翻騰。一片亮區大得足以并排着吞下幾十個地球，其中有一個很大的黑子群，是個磁場特别強的區域。

磁場裹挾着質量達數十億噸的一大團氣體離開太陽。這些熾熱的氣體依靠磁場纏結在一起，噴湧到太陽系空間中，時速幾百萬千米。當這團氣體來到地球附近時，向太空中伸展得很遠的地球磁場會使這團氣體的大部分發生偏轉，保護我們免受太陽風暴的襲擊。

然而，如果太陽風暴迎面襲擊地球，那麼太陽風暴所攜帶的磁場會與地球磁場發生沖撞。這種沖撞會産生一種由帶電粒子形成的激波。這種沖撞可持續數小時，使地球磁場發生彎曲和畸變。爆發越強烈，這種畸變就越嚴重。有些來自太陽的帶電粒子可以穿透到地球磁場内很深的地方。

當帶電粒子轟擊地球的時候，受到擠壓的地球磁場可在地球背向太陽一側的遠處形成“短路”，使原來開放的磁感線閉合起來。其結果會造成能量的瞬間釋放，并使得帶電粒子在磁場中向内流，離地球近得多。然而，地球有着另一道防線來抵禦這些入侵的帶電粒子。在地球上空數千千米至2萬千米的大氣層内有幾層輻射帶。太陽風暴吹進來的粒子大多數陷落在這些輻射帶中，形成強大的電流。

預警

對一次太陽風暴的強度可以從四個方面進行衡量，即：超高能粒子數量、可以看到極光的緯度、地球磁場變化的幅度、諸如電力中斷或者在此情況下發生的火災等地面事故的數量。研究人員綜合這四個方面的一些測量結果，認為“卡靈頓事件”的強度是1989年3月太陽風暴的2—4倍。

“卡靈頓事件”發生時住在低緯度的人們觀測到了北極光，在離地磁赤道23度處都能看到紅色的輝光。而且，這個記錄一直保持到現在。極光能夠伸展到的最低緯度與一次磁暴的強度直接有關。美國噴氣推進實驗室的科學家楚羅塔尼搞了個理論計算模型，計算出1859年“卡靈頓事件”的磁暴不僅僅是有曆史記錄以來最強的磁暴，而且達到了1989年3月的那次事件中磁暴強度的3倍。

對于上述論斷的支持還來自極地的冰核。美國空軍研究實驗室的科學家佩吉·安·希和唐納德·斯馬特考察了1561年——1992年格陵蘭的冰核，從中尋找超強太陽風暴留下的痕迹。他們的目的是要測量當時沖入地球大氣高層的超高能粒子轟擊上層大氣中的氮原子，觸發一連串化學反應，産生稱為硝酸鹽的化學物質。

這種硝酸鹽被包含在極地的雪中，當這些雪受壓變成冰時就成為一種印記保存了下來。“卡靈頓事件”在冰核中産生了迄今最強烈的這樣的印記，遠比1972年8月的事件更加強烈。