日地物理與太空天氣 < 秋季「探索未知」系列第三場講座 內容摘要 >
< 摘自科學發展月刊377期 2004年5月 44～51頁 >
天氣狀況是許多人所關切的議題。你能想像在不久的將來，「太陽黑子數」
以及「太陽風速度」等有關太空天氣的資訊也將出現在氣象預報中嗎？
時 間︰2003年10月3日
地 點︰國立中央大學 理學院 科學教育中心
演 講 人︰郝玲妮 （國立中央大學 太空科學研究所 教授）
文字整理︰李健成 （科學發展月刊特約文字編輯）
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地球上孕育了各種生命，多采多姿令人目不暇給，而太陽則是這一切動力的
源頭。我們知道地球、其他行星與太陽之間有著萬有引力的維繫，也留意到太
陽的升起與落下，感覺它似乎永恆地在天際帶給我們安定的溫暖和光明，如諺
語所言 ─ 太陽底下無新鮮事。卻很少人知道太陽是活躍的、富變化的，在它
的內部和表面存在許多另人稱奇的物理現象。而太陽與地球及行星交互作用的
複雜與繽紛更令太空科學家忙於探討其中的奧祕。
可敬的太陽
太陽系形成的時候，幾乎 99％ 的質量都被太陽所吸附，剩下 1％ 的物質
形成了九大行星以及其衛星、小行星和彗星等。它的直徑相當於一百個地球的
大小，表面溫度平均約攝氏六千度，中心溫度更高達約攝氏一千六百萬度。太
陽內部壓力大約是二千五百億倍的大氣壓力，主要組成的成分是氫與氦，還有
少量的碳、鐵、氧等重元素。在這種壓力和溫度的條件下，太陽點燃了「核融
合」反應，使得整個太陽系有了光與熱，地球上才能孕育出如此蓬勃的生命。
自從太陽點燃以來，已經歷約五十億年，如果沒有任何意外，它還會繼續發
光發熱約五十億年，太陽每秒向四周輻射出的光與熱能，就足足可以供全美國
用上九萬年，這麼龐大的能量，我們目前能加以利用的，卻是少之又少。
太陽的威力不只是如上所述，事實上在地面上進行太陽的觀測，只能讓我們
看到部分的太陽物理現象，直到一九五七年衛星進入太空，人類正式進入太空
紀元之後，我們對於太陽以及它對地球的太空環境影響、日地物理及太陽系物
理，才有了較全面的認識。而隨著科技的發展，太陽上的活動已直接或間接地
影響到現代文明人的生活了。
著名的太空天氣事件
一八五九年，全世界剛發展起來的電報通訊業務受到強烈太陽風暴侵襲，完
全中斷。連平常只在高緯度地區出現的極光，居然也出現在位於北迴歸線附近
的古巴、夏威夷等地。而發生在一百年之後的太陽風暴亦相當著名，當年紐約
地區曾出現壯觀的極光秀。
一九八九年三月的太陽風暴，導致加拿大魁北克大停電，而一九九八年五月
的一場太陽風暴，則是讓許多國家的衛星受損，摩托羅拉（Motorola）更是失
去四個通訊衛星，損失慘重。
二○○一年三月，地球籠罩在極度惡劣的太空天候中長達六個星期，除了嚴
重影響地面上的通訊、電力系統、飛機航班等外，因為太陽風暴所帶來的高能
帶電粒子能穿透太空人身上的太空衣及損毀電子系統，造成執行太空站上的任
務與火星探測計畫的困擾，而其他的太空計畫亦受到這次風暴影響而延期或是
暫時取消。
二○○三年十月，美國太空環境中心密切監控太空天氣的發展並提出警告，
全世界各大媒體也報導強烈太陽風暴來襲的消息。在此事件中，日本有兩顆衛
星受損。
由以上的例子可以看出，太陽對於地球的影響可是不可小覷的。然而，太陽
進行著這樣的活動，已有數十億年，只是到了科技發達的現代，人類才意識到
它對我們有多重大的影響。
太陽黑子
自古以來，地球上的人們對於每天和我們息息相關的日月星辰等變化觀察入
微。中國四千年前即對太陽進行觀測，記錄日蝕的發生。西元前二十八年也對
太陽黑子有所記載，當時把太陽黑子稱之為「金烏」，因為古人認為太陽裡面
住著烏鴉，才會有黑點產生。西方世界則一直到了一一二八年才由英國傳教士
伍西斯特（Wocester）畫下第一張太陽黑子的草圖。此時人類對於太陽的觀察
都還維持在用肉眼觀測的階段，然而由於太陽亮度無法用眼睛直視，因此觀察
時都選在清晨或是傍晚才能一睹其面貌。一六一一年時伽利略（Galileo Gal-
ilei）利用望遠鏡觀察太陽，並認為太陽黑子是太陽上的烏雲所造成。
直到一七四九年，天文台開始每天記錄太陽黑子的數目，而一百年後，全世
界終於建立起觀測網，有系統地對太陽黑子進行觀測。一八四三年英國人史瓦
貝（Heinrich Schwabe）透過觀測數據的分析，發現太陽黑子具有 11 年的周
期變化，在高峰期的時候，太陽黑子每個月可多達兩百顆，但在低峰期就只剩
下十幾顆，有很大的差異。太陽黑子為什麼會是黑色的呢？主要是黑子的溫度
和太陽表面的六千度比起來低很多，約只有四千度，因此看起來呈現暗黑色。
而太陽黑子所出現的區域，雖然溫度較低，卻是太陽磁場超強的地方。我們現
在知道，太陽黑子與太陽上猛烈的爆發活動——所謂的太陽風暴有很密切的關
係。
http://sohowww.nascom.nasa.gov/data/summary/gif/031030/smdi_igram_fd
_20031030_0800.gif
二○○三年十月三十日由SOHO衛星所觀測到的太陽黑子照片。
http://www.nsc.gov.tw/files/popsc/2004_51/9305-07-02.JPG
SOHO 衛星所觀測到太陽劇烈活動的照片（2003.10.30）。
來自太陽的「氣息」──太陽風
長久以來，我們一直認為太空即是真空，但其實太陽除了發出光與熱外，也
對外噴出大量帶電物質，稱之為「太陽風」。太陽雖然每分鐘有數百萬噸的噴
發物，但是在廣大的太空中，卻顯得非常稀薄，但不是絕對真空。如果我們把
太陽風當成太陽呼的一口氣，那麼太陽的肺活量可以說相當驚人。科學家把從
太陽到地球的平均距離（約一千五百萬公里）叫做一個天文單位，而太陽風卻
可以吹拂到 150 個天文單位遠的地方。若以太陽風所及之處來算的話，太陽
系的規模遠遠大於目前我們所知道的九大行星的範圍。
太陽風是肉眼看不見的，但是我們由彗星劃過太空時，可以看到太陽風存在
的證據。對彗星的觀測，中國早在西元前四百多年就已經有所記錄。當彗星靠
近太陽時，受到太陽光壓的影響，產生白色的塵埃尾；此外，彗星還會有藍色
的電漿尾（或稱為離子尾）。一九四五年霍夫麥斯特（Cuno Hoffmeister）和
比爾曼（Ludwig Biermann）兩人由彗星電漿尾的擺動及彎曲提出太陽風的概
念，認為離子尾是太陽風所造成的現象。
一九五八年派克（Eugene Parker）建立太陽風的理論模式，並預測太陽風
的速度比音速更快。一九五九年衛星在太空中的觀測，證實太陽風確實存在；
其平均速度高達每秒四百公里，比音速快約八倍。太陽風的主要成分是電子與
質子，並攜帶來自太陽的行星際磁場。
http://umbra.nascom.nasa.gov/eit/images/Sun_and_earth.jpg
太陽閃焰規模相當大，右下角的地球在比例上顯得微不足道。
< 待續 >
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