太阳风为什么那么危险？

笔者前段时间看了一部电影——《生存家族》，讲的是一个居住在东京的四口之家在遭遇全球断电之后，逃亡农村老家的故事。因电力缺失，水厂无法运行；失去冷藏条件的食物很快腐烂；堆积的垃圾和粪便让整个街道都充斥着恶臭；超市里什么都有，就是没有食物和水。没过多久，城市的人们就意识到物‍‍资匮乏的都市将会变成人间炼狱。

早已经习惯各种电力设施的都市人被迫成为原始人，但一路上各种啼笑皆非的荒诞遭遇反而修复了家庭关系。这部电影豆瓣评分8.0，是一部非常有意思的电影。很多人觉得全球断电的设定有点离谱：城市供电系统没有电很正常，但是为什么有内置电池的电表、手机、笔记本电脑也会受影响呢？

电影最后给出的解释是太阳风引起的全球停电。这个解释虽然有灾难片“剧情需要”带来的夸张成分，但也有一定的科学依据。太阳虽然离地球很远，但确实可以通过太阳风危害地球的电力设备。

太阳风为什么叫“风”？为什么能干扰电子设备和产生极光？希望大家可以通过阅读下面的问题解答这个答案。

太阳风是由太阳大气层的最外层——日冕层的剧烈运动产生的。当太阳感觉到“不舒服”，突然“打了个喷嚏”，就会从日冕层向外喷出一些物质。这个过程称为日冕物质抛射（《流感肆虐，太阳也遭殃？》），这些抛射出去的物质以很快的速度飞向太空，便形成了太阳风。

为什么叫太阳“风”？

要回答这个问题，我们先要解释一下什么是“风”。可能有人要说“这还用解释？”先不着急，我们由浅入深，分成三个层次来解释。

第一层：呼呼地吹过来，让我们感觉凉爽，能把东西吹跑的就是“风”啊。这是最直观的、最贴近生活的、感受胜于言表、说出来反而别扭的理解，但同时也是最浅层的。科学家不满足于简单地去感受现象，而是想方设法究其本质。

第二层：“风”是空气的流动。我们生活在地球的表面，周围充满了空气。这些空气是地球的大气层，包裹着海洋和陆地。由于温差等原因，空气会流动，便形成了风。比如在海边，由于海洋和陆地的温度不同，会形成海风。

地球上的空气由约78.1%的氮气、20.9%的氧气、0.93%的氩气以及少量水蒸气、二氧化碳和稀有气体组成。这些气体跟我们身边看得见摸得着的东西（书、桌子、椅子、水等等）一样，是由原子和分子组成的。只是气体里的原子分子相距非常远，而原子分子又非常小，没有聚集在一起形成一个“大块头”的话，我们肉眼是看不见的。比如一滩水蒸发变成水蒸气弥散在空气中，就像消失了一样。

空气的流动，本质上是这些小小的原子分子的集体运动，于是就有了第三层，“风”是空气中原子分子的集体定向运动。虽然原子分子很小，但“团结就是力量”。当它们以很快的速度集体“创”你脸上，你就能感受到它们的力量。一般的风速度是几米每秒，而台风、龙卷风的速度高达几十米每秒。小小的原子分子运动起来也能具有极强的杀伤力。

解释了“风”的本质，理解太阳风就容易了。太阳抛射出去的物质在扩散之后变得比空气还要稀薄得多，它们朝着一定的方向高速飞向太空，本质上和地球上的风类似（但不是原子分子，下一部分会讲），因此把它叫“太阳风”。

听说人的喷嚏速度很快，那太阳的呢？快得吓人。台风、龙卷风虽然很猛，但是与太阳风相比却是小巫见大巫。太阳风的速度有几百千米每秒，大约是台风的一万倍。这么吓人的速度，如果不是地球母亲撑起磁场这个“保护伞”来为我们“挡风”，地球上的生物怕是要遭殃。除了太阳，其他恒星也有类似的现象，天文学上把这一类现象统一称为“星风”。

太阳风的成分

在上一部分我们理解了“风”，可是为什么太阳风能干扰电子设备、能产生极光呢？事实上，太阳风和地球上的风有相似之处，也有明显的区别。如上文所说，地球上的风是原子分子的运动，而太阳风主要是带电粒子的运动。究其原因，需要归结到太阳本身的组成成分。

分子是由原子组成的，原子又由带正电的原子核以及带负电的电子组成。地球上温度不高，原子核和电子“不太活跃”，电磁力把它们紧紧地束缚在一起形成原子/分子，所以地球大气以原子/分子的形式存在。但太阳的温度非常高，原子核和电子都“躁动不安”，运动得非常剧烈，电磁力没法把它们一个个束缚起来。

因此，虽然太阳绝大部分是氢和氦，但并不是我们化学里学过的氢气（分子）和氦气（原子），而是电离的氢核（质子）、氦核（alpha粒子）和电子。太阳里这些活跃的带电粒子（原子核和电子）形成了不同于固态、液态、气态的第四种物质形态——等离子体。现在还处于研究阶段的可控核聚变装置就是模仿太阳的“运作方式”，制造等离子体进行核聚变。

等离子体并不是太阳的专利。闪电、辉光球的光，以及我们最开始提到的极光，都是气体被电离成等离子体状态后发出的光。只是这些等离子体的温度远远没有太阳那么高，远不足以发生核聚变。

既然太阳是等离子体（带电粒子）组成的，那么非常自然地，它抛射出来的太阳风也是带电粒子。我们的电子设备的正常工作离不开电和磁，而太阳风中的带电粒子参与电磁相互作用，就像一群捣蛋鬼，搞得电子设备“无所适从”，导致无法正常工作。

更糟糕的是，我们前面讲过太阳风速度极快，也就是说带电粒子的运动极快，能量很高，像一颗颗“子弹”一样，甚至能损坏电子设备。

带电粒子在磁场中会发生偏转，所以地球的磁场能防止大部分太阳风直接吹进地球。同时，很多带电粒子被偏转汇聚到地球两极，轰击大气中的原子分子使其电离成等离子体状态，从而产生美丽的极光。

后记

太阳风既给我们带来了壮观的自然景象，又对我们的电子设备造成损害，可谓有利有弊。在历史上，1859年的“卡灵顿事件”中，极强的太阳风使得很多中低纬度地区竟然也出现了极光；同时，全球的电报系统都失灵了，各地电报局电报机的操作员报告说他们的机器在闪火花，甚至电线也被熔化了。

如果这种级别的太阳风出现在电子设备如此普及的今天，造成的损失真的不堪设想。因此，人们不断观测和研究太阳，希望更好地掌握它的变化规律。即便人类没有能力改变它的活动，也能在灾难到来前做好准备，尽可能把损失减小。

本文来自微信公众号：石头科普工作室 （ID：Dr__Stone），作者：西泷