太空科學vs.地球磁變

 

太空科學vs.地球磁變

文 ◎ 林慶輝（清雲科技大學電機系教授）

什麼是地球磁極反轉？什麼是強烈太陽風暴？對人類生存環境可能造成什麼影響？現代科技可以讓身處地球的我們躲過一劫嗎？當科學沒有能力判斷二零一二預言是否會發生時，該如何看待二零一二預言？

二零一二預言是目前媒體最熱烈談論的議題，隨著電影《2012》的開演，這個議題將更被一般大眾所關注。檢視最近有關二零一二預言的談論內容，幾乎都是圍繞著地球磁極反轉、強烈太陽風暴，以及地球磁層出現破洞等現象所可能帶來的災難。

不過可能是國人對於太空科學較為陌生，因此在名嘴的談論中或者是媒體的報導中，一直出現有關太空科學現象的內容與國外學者的研究報告不符，甚至誤解與誤用的問題，導致一般大眾誤認為這些科學研究報告是二零一二預言即將發生的佐證。

究竟什麼是太陽風暴、磁層破洞與地磁反轉的現象？對人類生存環境可能造成什麼影響？最近學者們對地球與太空環境是否有新的解讀？理性的認識地球與太空相關的自然現象，該如何看待二零一二預言？

什麼是太陽風暴？

什麼是太陽風暴？太陽多久會發生這種風暴？發生在太陽的風暴為什麼會影響地球？現代科技可以讓身處地球的我們躲過一劫嗎？

事實上，太陽並不只是如肉眼所見的一顆穩定散發光芒的星球，當科學家利用衛星透過不同光譜或頻率去觀察太陽時，才逐漸發現太陽也存在著變動無常的一面。太陽表面其實充滿著相當複雜的磁場結構，而磁場又同時包裹著高能的電漿，這些隨時變動的磁場結構有時會崩潰而釋放出大量的高能帶電粒子與能量，我們稱之為太陽表面的活動性。

目前已知太陽活動性與太陽黑子數成正相關，也就是太陽黑子出現越多，太陽表面的活動就越強烈。從太陽黑子的觀測紀錄，清楚顯示太陽活動的強度大約有十一年的週期性。當太陽表面發生強烈變動，進而爆發噴出大量的高能帶電粒子流時，人們就把它稱作太陽風暴，因此其所對應的現象就是日冕物質噴發（CME）。由SOHO衛星過去的觀測，可發現在太陽活動高峰期（如西元一九九九～二零零一年），太陽表面隨時都有程度不同的擾動與噴發出現，因此幾乎每天都有太陽風暴發生，不過若這些噴發出的日冕物質沒有吹向地球，那麼也就不會影響我們。目前太陽正處於活動性極小期，因此幾乎沒有太陽風暴，而美國NOAA太空天氣預測中心預測下一次太陽活動高峰期將出現於二零一二到二零一四年之間。

當太陽風暴噴發的大量高能帶電粒子衝向地球時，會與保護地球的磁層（磁氣圈）發生強烈交互作用，對包含電力、通訊、航空、衛星等多方面的設施造成破壞性的衝擊，一九八九年三月，加拿大魁北克省就曾因太陽風暴而發生大停電的事件，六百萬居民在沒有電的狀況下度過了九小時。

以過去的事例推論即將到來的太陽活動高峰期，美國國家科學院在二零零九年一月出版的報告，就以戲劇性的預言方式，警告美國東部一半的地區可能會在未來的一次強烈太陽風暴中陷入停電危機之中（見圖二所標示區域），接下來將連續引發一連串飲用水缺乏、鐵路運輸停止、日常生活用品耗竭、醫院衛生保健和醫療搶救無法進行等問題，同時其他高緯度國家如北歐瑞典、挪威、丹麥、冰島等國，以及中國和日本也將出現同樣的災難。

那麼人類可能藉由最新科技防範未來的太陽風暴衝擊嗎？其實答案是悲觀的。因為諷刺的是，越是高精密的科技產品越容易受環境的變動而損毀，其中人造衛星就很可能在太陽風暴中首當其衝的被高能粒子毀壞，況且太陽風暴也不是最近才出現，若不是現代社會這麼深度依賴電力與科技設備，太陽風暴也不至於會造成什麼重大災難。

什麼是地球的磁層？

什麼是地球的磁層（磁氣圈）？為什麼它能保護地面上的生物？

大家都知道地球有個像磁鐵一樣的偶極場，只是當帶有磁場與電漿的高速太陽風吹向地球時，地球原有的磁偶極場在向陽面會被壓得扁一點，而背陽面之地球磁場的磁場線，則被拖拉成尾巴狀，稱之為磁尾，因此可說整個地球磁場所能佔有的勢力範圍，就是磁層（有人也稱之為磁氣圈）（見圖三）。

由帶電粒子與磁場的作用，可知帶電粒子無法直接穿過磁場，只能在沿磁場方向自由活動，因此太陽風的高能帶電粒子自然也就被地球磁場擋在外面，無法長驅直入的衝到地球表面來傷害生物與人類。其實仔細講，地球除了有磁層保護地面生物免於高能帶電粒子襲擊，由上而下還有臭氧層幫地面隔絕紫外線，大氣層也幫忙吸收宇宙射線，並將來自太空的小碎片燃燒成流星，避免地面生物遭受隕石撞擊。

地球磁層破個大洞，且擴大中？

聽說NASA發現地球磁層破了個大洞，而且還在擴大中，究竟是怎麼回事？

媒體曾刊出「保護地球的磁氣圈正在變薄」與「二零零八年十二月，美國國家太空總署 （NASA）宣佈發現磁氣圈破了個大洞，比地球寬四倍而且還在擴大中」的驚人消息，造成不少人的引用與討論。

其實刊登於二零零八年十二月十六日NASA頭條新聞的原始內容並沒有磁層變薄與磁層的破洞還在擴大中的措詞，NASA這個新聞稿主要介紹THEMIS衛星在磁層內觀測到大量高能太陽風粒子的異常現象，而此事件恰好與電腦數值模擬結果相吻合，同時在模擬結果中竟然發現在地球南北兩極的上空，因為磁場重連作用產生巨大的磁場裂縫。因此該磁層破洞是由電腦模擬所得，並不是衛星可直接觀測的，同時磁場重連作用若消失，磁層破洞也就隨之消失，所以該破洞不是持續存在的結構，也就沒有所謂的持續擴大這回事。

什麼時候可能出現地磁反轉呢？

地球磁極會反轉嗎？地磁會消失嗎？什麼時候可能出現地磁反轉呢？

從古老岩層的分析中，可發現地球磁極曾反轉過多次，不過間隔週期不一，平均大約是三十萬年反轉一次，上一次則是發生在七十八萬年前。有關磁北極的追蹤研究顯示，地磁極在二十世紀中被發現以平均每年十公里的速度往北移，最近則加速到每年四十公里，預計未來幾十年會由北美遷移到西伯利亞。

至於磁極是如何反轉，有科學家認為在反轉過程中地磁會幾乎完全消失。不過，美國Los Alamos國家實驗室Glatzmaier博士利用超級電腦所做的數值模擬，可自然出現地磁極反轉的過程，且由模擬結果的分析得出，地磁反轉過程大概需要幾千年來完成，在此過程中，地球磁場並未減弱消失，只是結構扭轉得相當複雜，因此地球磁場依然能保護人類免於宇宙射線與太陽風暴的直接衝擊。

另外，對於地磁強度正在減弱的看法，他也指出，由於地磁強度是經常變動的，10％的下降並不一定是磁極反轉的前兆，而且目前的地磁距大小還是一百萬年平均值的兩倍。

所以，地磁會不會在反轉過程中消失，以及地磁是否正在減弱進入反轉期，科學家仍未能得到一致的看法，對於何時地磁會反轉，更是沒有人知道。

科學沒有能力判斷二零一二預言

這麼看來目前的地球科學或太空科學，似乎沒有能力去判斷二零一二預言是否會發生，那我們怎麼去看待二零一二預言呢？

科學並非萬能，面對恐將來臨的大災難，是否該從不同角度去思考，現代科學的發展方向是正確的嗎？為什麼專業分工這麼精細的科學對於大自然的認識反倒是這麼些微與片面呢？回想佛經或聖經對於天地宇宙的描述與說法，會發現許多過去礙於所知有限的科學而將之歸於神話或虛幻的東西並不虛幻。返回去學習古人的智慧，從修養心性著手，淨化心靈以貼近神明，重新去認識天地與宇宙，或許我們會因此更明白天地自然的變化，而蘊含在預言中的現象與意義，也就自然迎刃而解。