太阳、地球和天气
"世界气象日(World Meteorological Day)"是1960年由世界气象组织成立的纪念日,时间在每年的3月23日。每年的“世界气象日”都确定一个主题,要求各成员国在这一天举行庆祝活动,并广泛宣传气象工作的重要作用。2019年世界气象日的主题为“太阳、地球和天气”。
地球和太阳形成于同一片星云,太阳吸收了大部分物质,从而引力坍塌形成恒星,剩余物质形成了其他行星,地球也是其中之一。地球作为我们赖以生存的星球,所呈现出的蓬勃生机与太阳是分不开的。太阳带来四季变化、阴晴冷暖,还能影响地球上的生态。
太阳与地球

在超过45亿年的时间里,太阳这个发光发热的等离子球一直是地球上天气、气候和所有生命背后的驱动力,它驱动着地球上的天气、洋流和水文循环。
看似很平静的太阳实际上无时无刻不在发生着剧烈的活动。太阳由里向外分别为太阳核反应区、太阳对流层、太阳大气层。其中22亿分之一的能量辐射至地球,成为地球上光和热的主要来源。
光和热,是太阳赠予地球最直观的礼物。
因地球是一个球体,且存在绕自转轴自西向东的自转,太阳光照射在地球上时只能顾其一面,太阳的东升西落便是因为地球自身转动,使太阳“均匀”地照耀地球的每一寸土地。东升西落带来的是大地的昼夜交错,这让人们的日常生活更为丰富。有光的同时也带来了能量。植物需要阳光进行光合作用,草食动物将植物当作食物或又被食肉动物所捕获,他们的能量来源都离不开太阳。
地球与太阳的距离大约为一亿五千万公里,如此遥远的距离下,太阳的“火热”是如何传递到地球的呢?太阳的热量来源于它内部的氢核聚变,所产生的热辐射可以通过电磁波以光速向外传递能量,同之前说到的阳光一样,热辐射仅需八分钟便可到达地球。太阳表面的温度高达6000℃,即便通过传递损耗,到达地球的热辐射依然高出人类所能承受范围,而且被太阳照射的一面温度可达上百摄氏度,而背面又是零度以下,这时大气就起到了非常大的作用。月球没有大气层,所以月球的白天与黑夜温差非常大,可以说是白天热死人、晚上冻死人。当太阳的热辐射“妄图”直接辐射地表时,途中经过大气层的阻挡,热效应开始降低,地球强大的磁场也会阻挡照射到地球的热辐射,从而降低抵达地球表面的温度。同时,大气层还能牢牢锁住光热辐射,不让其发散到冰冷的太空中。就这样,地球有了适宜人类生存居住的温度。
太阳的热辐射不仅让地球有了温度,也让液态水成为可能,让地球这颗蓝色的星球更加迷人。因为太阳为水循环提供了动力,细菌、植物、昆虫、动物、人类等所有生命都需要液态水才能生存。
什么是水循环?它是指水在地球上、地球中及地球上空的存在和运动情况。太阳起到至关重要的驱动作用。首先,太阳的热辐射让海水升温,一部分的水变成了水蒸气,蒸发在空气中。淡水湖和江河、植物甚至土地的水或水分也同样存在蒸发现象。上升的气流将水蒸气带到大气层中,因遇冷,水蒸气又凝结成云。气流驱使着云围绕地球运动,云颗粒互相碰撞、不断扩大并且变成雨、雪从空中落下。当天气转暖时,积雪或冰川融化沿地面形成径流。一些地表径流汇入江河、流入大海,还有一些在江河湖泊中积聚为淡水或渗透到深层地下,重新补充地下蓄水层。随即又将开启新一轮的蒸发、冷凝、降水、融化汇合等物理过程。
太阳促成了地球美丽丰富的生态环境,也为世界各地的人们带来了不一样的气候体验。
因太阳巨大的引力作用,地球除了自转外,还按照一定轨道围绕太阳转动。同自转一样,地球公转遵从地球轨道、地球轨道面、黄赤夹角、地球公转周期、地球公转速度和地球公转效应等规律。正因如此,地球产生了四季和气候带。
空间天气
空间天气是指近地空间或从太阳大气到地球大气的空间环境状态的变化。空间天气发生在距离地面30公里以上到太阳之间的空间中,指的是太阳上的太阳风、磁层、电离层和热层中可影响天基和地基技术系统的正常运行和可靠性,危及人类健康和生命的条件或状态。
空间天气概念示意图 来源:国家空间天气监测预警中心
空间天气与我们熟知的风雨雷电等行星大气层内天气现象截然不同,空间天气研究的是太阳到地球对流层以上的广袤空间的物理形态和过程,它涉及的是空间等离子、磁场和辐射等现象。空间天气通常与近地空间磁层紧密相连,但其也研究太阳和行星际空间的变化。这里可以看到太阳喷发、地磁暴、电离层暴等过程,也有波澜不惊日子,因此我们形象地称之为“空间天气”。

辐射带对地球及卫星产生影响示意图。来源:SSA
空间天气存在于地球与太阳之间,空间天气的变化源头是太阳活动。太阳上出现的耀斑和日冕物质抛射等剧烈活动,都会对高层大气、电离层等空间层产生严重影响。
美国宇航局太阳动力学观测站观测到不同波长下的太阳耀斑图像。
空间天气与人类的生存发展息息相关。当太阳风暴爆发时会影响通讯、威胁到卫星正常运行,导致GPS导航误差、破坏臭氧层,在一定情况下也会对人体的健康产生影响。地磁场急剧变化(磁暴)也会对输电系统和地下管线产生破坏。如果航天员出舱时撞上粒子雨也会导致伤亡。
来源:富顺县气象局
编审:罗怀成 杨 敏
编辑:刘海洋