青年天文学会系列科普讲座 第十三讲
地球与空间科学学院地球、行星与空间科学前沿论坛
青年天文学会三十四周年会庆系列讲座
北大地空学院、物理学院联合讲座
太阳风暴全解读
——故事、事故、事业
2024年5月19日晚，青年天文学会系列科普讲座第十三讲、地球与空间科学学院地球、行星与空间科学前沿论坛 “太阳风暴全解读——故事、事故、事业” 在二教107教室成功举办。讲座由国家卫星气象中心（国家空间天气监测预警中心）主任、博士生导师、风云气象卫星工程副总指挥、北京大学青年天文学会第6任会长王劲松主讲，青年天文学会会长杜骏豪主持。到场的嘉宾还有北京大学地球与空间科学学院副院长、博士生导师何建森教授，北京大学物理学院天文学系教授、博士生导师徐仁新教授，以及北京其他高校友好社团代表。
王劲松主任在讲解太阳活动（杨嘉昊 摄）
讲座开始前，同学们请王劲松主任在专著《空间天气》上签名留念（韩大洋 摄）
讲座伊始，杜骏豪展示了王劲松主任和徐仁新教授于1992年与青天会指导教师方晴、其他学会骨干的合影，徐仁新教授为王劲松主任致欢迎辞。徐仁新教授回顾了青天会的悠久历史和“长江后浪推前浪”的发展，感慨当年青天会经常请到知名教授主讲科普讲座，而当年青天会的成员今天也成为了主讲人。
1992年，方晴老师与时任学会骨干合影（学会资料）
徐仁新教授致欢迎辞（杜骏豪 摄）
本场讲座中，王劲松主任首先回顾了三十年前在青年天文学会以学生身份走上讲台、主讲科普小讲座的往事，而后沿着太阳风暴的“故事”——科学原理和人类认识太阳活动的历史；“事故”——太阳风暴对人类的破坏；“事业”——中国空间天气监测预警的发展三个主题徐徐展开，并在最后附上了惊喜的“彩蛋”。
王老师首先对太阳风暴的故事娓娓道来。太阳风暴是艺术家的灵感源泉，科幻片中情节推进通过太阳风暴的爆发进行，灾难片中太阳则是“蹂躏”地球的“罪魁祸首”。而在真实的生活中，太阳进入了第25个太阳活动周期，相比上一个太阳活动周整体较弱的情况不同，当前太阳活动周中出现了很强的爆发活动，给全球范围带来了历史级别的极光现象。
太阳中物质的形态是等离子体，微观上由大量的带电粒子组成。太阳物质喷发携带的磁场压迫地球磁场，使得向着太阳一面的磁力线被压扁，背向太阳一面的磁力线被拉长。带电粒子沿着磁力线运动，与地球大气层作用，从而形成极光。
同学们在认真听讲
人类对于太阳活动的认识经历了漫长的历史过程，《汉书·五行志》中出现了最早的太阳黑子记载，《宋史·五行志》中记载“壬子夜，西北方有赤气弥天，贯以白气如练者十数”，体现了强劲的太阳风暴中粒子直冲大气形成的白色条带。在1859年的卡林顿事件中，美国留下了“天空中红色非常鲜艳”的记录，而《获鹿县志》同样记载“红光起于西北，亘于东北。”
青年天文学会2024年5月11日外出观测拍摄的极光与银河（林熠伟 摄）
王老师介绍了许多于太阳活动相关的现象：太阳黑子是太阳表面磁场极强、温度相对更低的区域。通过强磁场约束等离子体，以期实现可控核聚变的托卡马克装置原理与此相似，而托卡马克装置巨大的耗电也折射出太阳的巨大能量；太阳中引力、热压力和磁场强度等处于动态的变化过程中，表面物质在磁场、温度、重力等因素影响下的运动形成日珥；日全食时太阳的主体被遮盖，边缘显现出来的是太阳的外层大气：日冕。太阳表面约束的磁力线会约束带电粒子，开放的磁力线会使带电粒子喷射出去，因此冕洞处会发出更强的太阳风，达到地球就可能影响地球磁场；太阳活动现象以11年为周期的变化周期就是太阳活动周期。
太阳风暴会对人类的生产生活造成许多不利影响：第一轮攻击是耀斑（增强的电磁辐射），会在8分钟左右到达地球，导致太阳辐射中X射线频段增加，改变大气电离状态，影响电磁波传播；第二轮攻击是高能带电粒子流，它达到达到几十分之一甚至几分之一光速，较快达到地球，具有巨大的能量，能够破坏卫星等空间物体；第三轮攻击是日冕物质抛射，即速度达到每秒钟几百公里到几千公里，需要几天时间才能到达地球的物质，它是影响地球磁场，引发地磁暴的主要推手。
王劲松主任正在主讲讲座（Flora 摄）
刚刚过去的5月10日至12日发生的超大地磁暴，据不完全统计，可能是自1970年以来发生的第三大地磁暴事件
。8日至9日期间太阳活动区13664发生多次大耀斑爆发并伴随日冕物质抛射；10日23时受太阳风影响，本轮地磁暴正式开始；截至12日，连续发生超大地磁暴9小时，特大地磁暴18小时，大地磁暴12小时。本轮极光也受到了广泛关注，东北三省、新疆、内蒙古、甘肃、山东、河北、北京等多地都有观测到此次极光的记录 。王老师表示，再次遇上辐射范围如此巨大的极光的概率不高，但由于地球磁极处于逐渐从北美向亚洲移动的缓慢过程中，中国未来能看到极光的机会预计将越来越多。
人类探索太空的每一步都伴随着空间天气的影响：1989年3月太阳爆发导致加拿大魁北克省停电九小时，造成了巨大的经济损失；2003年10月，剧烈的空间天气事件导致全球大量卫星故障、卫星导航定位失效，雷达失灵。无线通信中断航空飞行、电网中断、军事C4ISR紊乱；2022年2月一次并不极端的小磁暴导致SpaceX间接损失38颗卫星：卫星为了减少地磁暴导致的额外阻力调整姿态，导致太阳能板没有对准太阳，失去能量后不能纠正以至入轨失败。
太阳风暴对人类活动的影响有复杂的机制，其中最著名的是单粒子翻转：高能粒子轰击集成电路，造成半导体器件中发生电荷沉积，导致存储单元的逻辑异常，王劲松老师举了一个风趣的比喻：“就像苏炳添过来撞了你一下，我们一般会想办法加固，避免被撞到；但太空中的粒子不是苏炳添，而是披着斗篷穿着裤衩的超人，无论如何总能把你撞倒。”其他影响还有高层大气温度提升，导致对人造天体的阻力增加；GIC（地磁感应电流）即强感应电场在导电体内产生感应电流等。
NOAA发布的2024年5月11日极光预报
监测太阳风暴和太阳活动是预报空间天气的基础，王劲松老师和国家卫星气象中心一直为太阳风暴的监测和预报尽心尽力。为了在太阳和地球之间亿公里的空间跨度和数分钟的时间跨度中同时关注诸多因素，先后发射两代四型21颗“风云”气象卫星，搭载大量空间天气载荷。二十年间国家气象卫星中心高速发展，成为了国际一流的空间天气业务中心。王老师还展望了空间天气预报的未来。
最后，王老师讲述了科普工作的彩蛋：“做科普，我们也是认真的。”例如，太阳风暴最早是媒体使用的，通俗的形象化说法，而今天太阳风暴已经成为法律文件用词并写入《气象灾害防御条例》，是指由典型的太阳爆发活动，如耀斑、高能带电粒子流，日冕物质抛射等共同构成的，能对地球空间环境造成显著影响的过程总称。王老师亲身经历持续二十年科普历程，见证太阳风暴变成法律词汇，曾经媒体误将“地磁暴”说成“太阳磁暴”的情况也得到了纠正。在世界气象日、气象科技活动周、空间天气日等主题科普活动，中国气象学会科普教育基地的建设中，王老师和国家卫星气象中心的同事继续为科普事业做出更多贡献、带来更大改变。
同学们踊跃提问（赵鑫淼 摄）
讲座环节结束，地球与空间科学学院副院长、博士生导师何建森教授对王老师的精彩讲解表示感谢，并对讲座内容进行了简单总结。何建森教授表示地空学院可以与青天会齐心协力，一同为相关领域的科普工作贡献力量。
提问环节中，王老师和在场同学就极光不同颜色与状态的成因、空间天气预报的技术难点、空间天气国际合作与服务“一带一路”建设等问题进行了深入探讨，同学们竞相提问，现场气氛十分热烈。最后，王老师在会旗上签名留念，学会骨干为王劲松主任献上鲜花与礼物，讲座在热烈的氛围中圆满结束。
王劲松老师与嘉宾合影留念（赵鑫淼 摄）
本次讲座大合影（赵鑫淼 摄）
文案：宋禹辰
排版：宣传部
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