文献综述太阳活动与地球灾难性事件关联性研究.docx
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文献综述太阳活动与地球灾难性事件关联性研究
毕业论文(设计)文献综述
题目:
太阳活动与地球灾难性事件关联性研究
学院:
数理与信息学院
学生姓名:
朱家能
专业:
物理学(师范)
班级:
B09物理
指导教师:
姚建明
起止日期:
2012年12月15日-2013年1月10日
2013年1月10日
太阳活动与地球灾难性事件关联性研究
【摘要】随着世界经济的快速发展,电子产品被越来越广泛地运用到人类生产、生活中,人类已经离不开电子设备了。
因此,只要这些电子设备稍微收到一些影响,那么人类活动就将陷入不可预计的瘫痪状态。
特别是太阳周期活动所带来的大规模影响,那对于人类来说将会是一场灾难。
在诸多太阳活动中,对地球影响最大的那就是太阳黑子了。
太阳黑子的变化存在复杂的周期现象,平均活动周期为11.2年。
平均每隔11.2年,太阳活动就会进入旺盛期,它向地球吹来的太阳风会严重干扰地球的电离层及磁场,还会影响地球的自然环境,产生自然灾害。
就发生在今年的H7N9禽流感也可能与太阳周期活动有关,因为今年正是太阳活动旺盛年。
本文将通过不同角度分析的方法,探讨太阳活动与地球、人类之间的关系。
包括两个方面:
一是太阳活动周期对地球产生影响的关系,二是产生影响后人类又该如何对此做出反应。
由于太阳黑子是太阳活动的基本标志,其他活动现象都与黑子有密切关系,所以本文以太阳黑子为基本指标。
针对以上方法的结论,我们将可运用于日常生活,对太阳活动周期对地球影响作出预料和准备。
从而减少不必要的损失。
【关键词】地球人类活动太阳周期太阳黑子
引言:
这几年人类电子信息的发展已进入高峰,以前就算遇到过超大太阳风暴,但由于当时电子信息技术的相对落后,受到的灾害影响很小,可能没能够引起相关的重视。
但是现在与以前不一样了,人们越来越离不开电子信息技术了,再遇到超强规模的太阳风暴的话,那所产生的影响将会的深远乃至致命的,这将是人类的一场“富贵病”。
为了减少由于太阳活动多带来的损失,就对太阳活动与地球灾害性事件的关联性进行了统计研究,以此提高大家对此的警惕。
本文通过不同方面进行了联系性的研究,最后得出结论。
得出本文研究的目的和意义:
本文将通过不同角度分析的方法,探讨太阳活动与地球、人类之间息息相关的关系。
包括两个方面:
一是太阳活动周期对地球产生影响的关系,二是产生影响后人类又该如何对此做出反应。
由于太阳黑子是太阳活动的基本标志,其他活动现象都与黑子有密切关系,所以本文以太阳黑子为基本指标。
针对以上方法的结论,我们将可运用于日常生活,对太阳活动周期对地球影响作出预料和准备,从而减少不必要的损失。
一、太阳黑子的产生及概念
太阳的核心区的一个巨大的核反应堆,我们在地球上感受到的光和热就是从太阳的核心区发生的氢聚变为氦的热核反应产生的。
然后以辐射的形式向外扩散,以光速只需8分钟就能到达地球。
在光球层上有一种著名的活动现象就是太阳黑子,黑子是光球层上的巨大气流旋涡,大多呈现近椭圆形。
由于温度比光球层背景低很多,所以我们看上去就显得比较黑暗。
但实际上它们的温度高达4000℃左右,如果太阳就只剩下一个黑子,它的亮度也可以达到满月的亮度。
日面上黑子出现的情况不断变化,这种变化反映了太阳辐射能量的变化。
太阳黑子的变化存在复杂的周期现象,平均活动周期为11.2年。
黑子图(来自互联网)
太阳黑子在日面上的大小、多少、位置和形态等,每天都不同。
太阳黑子是光球层物质剧烈运动而形成的局部强磁场区域,也是光球层活动的重要标志。
长期观测太阳黑子就会发现,有的年份黑子多,有的年份黑子少,有时甚至几天,几十天日面上都没有黑子。
天文学家们早就注意到,太阳黑子从最多或最少的年份到下一次最多或最少的年份,大约相隔11年。
也就是说,太阳黑子有平均11年的活动周期,这也是整个太阳的活动周期。
天文学家把太阳黑子最多的年份称之为“太阳活动峰年”,把太阳黑子最少的年份称之为“太阳活动谷年”。
二、太阳活动对地球产生影响的事例
二战时德国和英国同时受到强烈的不明信号干扰,双方都以为是对方的新式武器,战后才发现事实上是太阳发生了一次大型耀斑。
万圣节事件:
在第23太阳活动周的万圣节事件,造成全球短波通讯中断,民航通讯出现故障,伊拉克战场美英联军通讯受到影响。
2000年7月14日,发生了几十年来最大的太阳物质抛射事件,造成了很多奇特现象,甚至北极光从北极区域扩展到了美国的佛罗里达州。
其还对通讯卫星造成了不可挽回的创伤。
70年代的一次太阳风暴导致了大气活动的加剧,增加了当时属于苏联的“礼炮号”空间站的飞行阻力,从而使其脱离了原来轨道。
太阳活动还左右着人类的经济问题。
那么为何太阳活动对人类有如此深远的影响呢?
我将从不同角度进行分析。
针对以上方法的结论,我们将可运用于日常生活,对太阳活动周期对地球影响作出预料和准备。
从而减少不必要的损失。
三、太阳周期表
表格数据来自维基百科
表1这是从1755年开始追踪的太阳周期(或是太阳黑子周期)
周期
开始
结束
时间(年)
极大期
(每月太阳黑子数目)
极小期
(每月太阳黑子数目)
没有太阳黑子的日数
1
1755年3月
1766年6月
11.3
86.5
11.2
2
1766年6月
1775年6月
9.0
115.8
7.2
3
1775年6月
1784年9月
9.3
158.5
9.5
4
1784年9月
1798年5月
13.7
141.1
3.2
5
1798年5月
1810年12月
12.6
49.2
0.0
6
1810年12月
1823年5月
12.4
48.7
0.1
7
1823年5月
1833年11月
10.5
71.5
7.3
8
1833年11月
1843年7月
9.8
146.9
10.6
9
1843年7月
1855年12月
12.4
131.9
3.2
~654
10
1855年12月
1867年3月
11.3
97.3
5.2
~406
11
1867年3月
1878年12月
11.8
140.3
2.2
~1028
12
1878年12月
1890年3月
11.3
74.6
5.0
~736
13
1890年3月
1902年2月
11.9
87.9(1894年1月)
2.7
~938
14
1902年2月
1913年8月
11.5
64.2(1906年2月)
1.5
~1019
15
1913年8月
1923年8月
10.0
105.4(1917年8月)
5.6
534
16
1923年8月
1933年9月
10.1
78.1(1928年4月)
3.5
568
17
1933年9月
1944年2月
10.4
119.2(1937年4月)
7.7
269
18
1944年2月
1954年4月
10.2
151.8(1947年5月)
3.4
446
19
1954年4月
1964年10月
10.5
201.3(1958年5月)
9.6
227
20
1964年10月
1976年6月
11.7
110.6(1968年11月)
12.2
272
21
1976年6月
1986年9月
10.3
164.5(1979年12月)
12.3
273
22
1986年9月
1996年5月
9.7
158.5(1989年7月)
8.0
309
23
1996年5月
2008年12月
12.6
120.8(2000年3月)
1.7
820(迄2011年1月15日)
24
2008年12月
平均数
11.1
114.1
5.8
注:
新周期的开始是以极小期为起算的时间点
四、太阳活动产生影响的具体分析
(一)、太阳周期变化对平均气温的影响
图1浙江省历年平均气温变化图
(来自互联网)
我们以浙江省自1961年到2006年的平均气温为研究单位,从上述图1中可以看出平均气温的变化呈现两种规律。
首先就是气温呈现周期变化循环往复,而这些周期的变化也与太阳周期的变化有相关性。
太阳周期为11年,图内每11年之间则具有3或4个小周期,呈平均分布。
以1986年—1997年为例,可以看出:
在此期间平均温度的分布基本平分了这11年,每个小周期都约占了4年。
在接近1991年时,温度出于正弦分布最大值,而1986年和1997年则处于正弦分布最小值。
这表明了太阳黑子的周期变化与地球平均温度的变化存在着一定的正弦关系。
结合表1,我们可以得出:
当太阳黑子数目极少的时候,全球平均气温显著降低;而当太阳黑子数目极多的时候,全球平均气温又显著上升,平均气温出于正弦分布的最大值。
历史上也曾有过这样的实例:
持续极小的太阳黑子活动可能引起气候异常——气温降低,地球进入小冰期。
从1645年到1715年,就有一段被称为“蒙德尔极小期”的时期。
整个期间太阳上总共只观测到50个左右的太阳黑子。
蒙德尔极小期与小冰期中最冷的一段时间相合。
当时的欧洲和北美洲,以及世界上许多地区,冬季尤其寒冷。
而在1787年至1843年间的道尔顿极小期,伦敦人在圣诞节可在泰晤士河面溜冰。
其次就是自1981年开始,平均温度开始呈现增长趋势。
我认为这与全球气候变暖存在着密切的关系,也是全球气候变暖的数据支持。
而且此为正相关关系,为不可逆增长,应当引起全社会的关注了。
(二)、太阳周期变化对降水量的影响
图2浙江省历年年降水量变化图
(来自互联网)
100多年前,一位瑞士的天文学家就发现:
黑子多的年份地球上气候就比较干燥,农作物能够得到丰收;黑子少的时候,气候就比较潮湿了,甚至暴雨成灾。
我们再以浙江省自1961年—2006年的年降水量作为研究单位,从上述图2中我们可以看出:
年降水量又呈现出了正弦分布。
我们再以1986年—1997年为例,可以看出,在1986年的时候,浙江省的年降水量出于正弦分布的最小值,而到1997年的时候,年降水量又出于正弦分布的最小值。
我们再看一下1975年及2008年,都处在正弦分布的最小值。
结合之前年降水量呈现出了正弦分布和太阳黑子约11年周期,我们就可以推断出:
太阳黑子的周期变化与地球上年降水量存在着一定的正弦关系。
结合表1,我们可以得出:
当太阳黑子数目极多的时候,全球平均年降水量显著降低;而当太阳黑子数目极少的时候,全球平均年降水量又显著上升,平均年降水量出于正弦分布的最大值。
历史上也有过相关的统计:
鄱阳湖是洪水灾害频发地区,1755年至2008年,共计23个太阳活动周的254年内,鄱阳湖发生洪水年份101次,发生洪水的比率为39.76%,平均每个太阳活动周期内发生洪水4.39次。
鄱阳湖发生洪水的频次与太阳活动磁周期存在一定关系。
太阳活动极期发生鄱阳湖洪水的概率较高,在太阳活动极大期和极小期发生洪水的概率分别为47.82%和60.86%,在同一太阳活动周期内极大期和极小期同时发生洪水的概率较小。
(三)、太阳周期变化对地震频率的影响
年份
4级以上地震次数
1980
447
1996
954
1981
389
1997
1020
1982
400
1998
1078
1983
516
1999
1171
1984
446
2000
1279
1985
674
2001
663
1986
672
2002
1405
1987
549
2003
1776
1988
495
2004
1901
1989
599
2005
3278
1990
443
2006
2982
1991
417
2007
2081
1992
388
2008
352
1993
422
2009
115
1994
438
2010
131
1995
418
2011
25
中国历年4级以上地震次数表
(来自互联网)
我们可以从图表中看出:
中国历年4级以上地震次数的数据呈现出正弦周期循环的规律,而在1997—2007这十年间,地震的次数好像有了空前的提升(有专家指出,太阳活动的周期也存在着一个周期循环的规律,每隔几个周期,太阳活动就会进入活跃周期)。
我们抛开数据的突变,来看一下数据的增减关系。
例如从1980年开始到1991年,地震的增减顺序是先上升后下降,完全符合正弦规律,也刚好与太阳黑子的11年周期相吻合。
这表明了地震发生次数与太阳活动周期之间存在着一定关系。
此为所有4级以上的地震,而那些影响深远的强震就没有什么规律可循。
毕竟地震存在着一定的不可预性,人们不会知道下一场地震将会发生在那个确切地点,什么时间,甚至是会有多大。
但我们并非就只能束手待毙,其实当地震发生之前还是有许多线索可以发现并有足够时间作出反应的。
最明显的就是大自然给你的预兆了,有动物异常:
大白天老鼠成群结队搬家,鱼塘里的鱼一反常态跳出水面,主人再三打骂的家犬无论怎样都不肯回家....地下水异常:
平常安静的地下水,在地震发生前突然出现冒泡、水温异常、清澈的水质突然变浑等征兆;地声:
地声是发自地下的一种响声,一般出现在震前几分钟、几小时、几天或几十天,震前数分钟出现者居多,是一种临震信号。
大地震发生前,人们通常会听到一些奇怪的声响,如:
尖利的呼啸声或机器轰隆声等。
这些都是大自然给你的信号,只要细心点都能发现。
还有的就是物理上的预兆了:
大地震的发生是地壳里巨大能量的宣泄,而这个宣泄不可能是在毫无预兆的情况下突然爆发的。
大地震的发生是由于地壳积蓄的能量实在太多了,从而一下子倾泻出来的,但在之前能量积蓄的过程中,肯定会先有一小部分能量率先“逃”出来,而这个就是大地震发生之前的许多小地震。
而这个我想每个人都能感受到的吧,但就是由于人们危险意识的模糊甚至缺失,从而对于这一切都熟视无睹,最终酿成了惨剧。
(四)、太阳周期变化对人类的其他影响
有数据表明,太阳黑子的变化影响着地球上台风、飓风发生的次数;影响着病毒的变异,从而引起大规模的传染性疾病(像今年的H7N9流感,正逢今年是太阳黑子活动的高发期,之间必然存在着一定的联系);关系着地球上植被的生长与农作物的产量……
五、我们要如何来应对太阳周期活动所带来的灾害
根据太阳物理学家的预测:
24周太阳活动峰年期间,太阳黑子大量增加,太阳爆发会把各种能量和物质抛到空间,吹到地球的太阳风暴次数会大大增加。
随着人类迈入高科技的21世纪,对航天、通信等依赖性越来越大,而这些领域的地面和空间的技术系统对空间恶劣天气条件变化的适应性却是如此的脆弱,有鉴于此,世界范围的科学家正在实施各类空间天气计划,提高监测、研究和预测这种太阳风暴的能力,我国政府有关部门亦十分重视,国家基金委组织有中科院、高等院校、信息产业部等十余个单位日地物理学家参加的“日地空间灾害性扰动过程及其对人类活动的影响”重大项目研究。
国家不久将组织实施的重大科学工程《子午工程》,正计划中的“空间太阳望远镜”等卫星探测计划,以及正建议制订我国空间天气发展战略计划等等,都将为增加中国对空间灾害性天气的综合监测、研究和预测能力,为发展我国高科技以及国家安全、国民经济领域做出重要贡献。
既然知道了今年是太阳黑子活动高峰年,并且我们又有之前的经验,那么对于太阳黑子的活动,我们就应当有所措施。
(一)、基础硬件方面
当人类检测到太阳耀斑爆发后,我们可以采取主动应对的措施,那就是关闭所有具有电力电子装置的设备。
我们可以遥控关闭太空轨道中卫星的主要电源,使卫星进入休眠状态,但这会中断卫星的信号,卫星也会失去它的基本功能(当然要使卫星具备这种功能,在建造卫星之前就应该有这方面的设计),但是这只是暂时的,等到太阳风暴过去以后,我们又可以启动卫星,让它正常工作。
我国在北京时间每天下午2点向其他成员公布我们的观测数据,并对未来48小时太阳活动情况进行预报,也就是“48小时时效、24小时更新”。
同样我们每天在不同时间段也会收到来自其他成员的观测数据和预报结果。
当然,地面上的电力设备也躲不过太阳风暴的袭击。
太阳风暴会导致输电网络的崩溃,会烧毁变压器设备,会使精密电子设备失灵。
另一方面,太阳风暴还会对高纬度地区地面的电力网、长距离管道感应出强大电势,造成电网过载、管道腐蚀,影响输油、输气管线系统的安全。
所以,在太阳风暴来临的时候,在相应区域就应当做出积极的防范措施。
可以采取停止区域内的一切电力设备,切断区域内的管道运输,让所有设备都处于无电、无作业的状态。
(二)、人文建设方面
假设在采取以上主动的应对措施后,灾难还是必可避免的发生了,那么就该轮到相关部门的出场了。
对比一下2008年的汶川的证和2013年的雅安的证,你可以发现中国政府所作出的反应有了大大的改善。
为什么在汶川地震发生后,政府反应迟缓,外部力量迟迟进入不到受灾区内部,而灾区的通讯更是迟迟不能打通,相比这次的雅安地震,外界部队在当天第一时间就做出了反应并进入了灾区,内部通讯也紧接着得到了疏通。
这两场地震都发生在四川,都差不多是这个时节,为什么作出的反应差距有这么大呢?
这就是人文建设方面的差异所造成的,在第一次地震发生后,相关负责部门吸取了经验,并着重于相关方面的建设,所以才有了这次雅安地震的惊人执行力。
同样,在应对太阳风暴方面也是如此,相关部门如果能引起重视,并且投入资金、人力、精力去做这件事。
那么当灾害发生时,就也能够作出快速的反应,并且解决问题,抢险度难,太阳风暴所带来的损失将降至最小。
(三)、环境建设方面
我想“绿色”将会成为人类未来不断提及的主题。
如今随着人类文明的迅速发展,对于资源需求的与日俱增,地球家园所遭受到的“侵略”也日渐严重。
大量树木遭受砍伐、大量动物无家可归,濒临灭绝的边缘、固碳能源遭到无休止的利用,大量二氧化碳被直接排入大气之中,导致全球气候变暖……
所以现在不断有人出来提倡“绿色”,有绿色的食物、绿色的出行、绿色的环境、绿色的发展、绿色的文明。
如果在我们日常生活中的一切事物都变成了绿色了,那我们还担心什么太阳风暴呢!
[参考文献]
[1]姚建明《天文知识基础--你想知道的天文学》清华大学出版社2008.8
[2]Kane,R.P.(2002)."SomeImplicationsUsingtheGroupSunspotNumberReconstruction".SolarPhysics205
(2),383-401.
[3]TheSun:
DidYouSaytheSunHasSpots?
.SpaceTodayOnline[12August2010].
[4]SIDCMonthlySmoothedSunspotNumber."[1]"
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