人类活动早影响远及天外

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发布时间:2022-04-24 浏览次数:1057

都说人类对地球环境影响巨大,其实,不止地球内部,就连地球外,也受到了人类活动的影响。


科学实验导致电离层空洞


在离地面大约几十千米的高空中,大气十分稀薄,其中的粒子在太阳紫外线的照射下发生电离形成了电离层。正是由于电离层的存在,人类得以用上无线电广播、通讯、导航等高科技技术和产品。但是,成也萧何败萧何,人类活动对电离层的影响反噬了自身。


极光是发生在地球磁极周围的一种大规模放电现象,来自太阳的带电粒子到达地球,地球磁场将其汇聚到磁极附近,带电粒子与电离层中的粒子碰撞,集中释放能量就产生了绚丽的光芒。模仿其原理,人类也能制造出极光,比如发射高能电脉冲直接加热电离层的带电粒子,让其释放能量,这种方法的代表当属美国阿拉斯加州的科研基地——HAARP。


HAARP基地中最醒目的是一个超大规模的雷达阵列——360部发射机外加180副天线,可以发出3.6兆瓦功率的高能电脉冲。其中,2.8~10兆赫频段内的电波可直达地面上方100~600千米的区域,给电离层的粒子提供能量。科学家将电磁波脉冲以7.5秒/次的频率射向空中,从而使得电磁波产生振动,当振动产生的震波足够强烈之后,便显示出了奇妙的光效——夜空中出现了绿色的人造极光。但是,这个实验造成的直接后果就是电离层空洞。


电离层空洞的后果也许不像臭氧层空洞那么直观,但在现代社会,也足以造成许多严重后果。当电离层出现空洞时,太阳发射的高能粒子能长驱直入到达地表,对人类制造的各种电磁设备造成影响和破坏。比如现在已经非常普及的全球卫星定位(GPS)设备,在高能粒子的影响下,定位误差可能高达几十米。如果影响的是飞机上的GPS定位仪,偏离航道几十米就可能造成严重的碰撞事故;更糟糕的是,依靠高频无线电来进行机地通讯的设备也可能失效,飞机驾驶员也无法得到来自地面的导航,事故的可能性大增。


不仅如此,当高能粒子击中飞机或卫星等其它飞行器时,有些粒子会钻入飞行器中,影响飞行器内部精密的集成电路,严重的会产生单粒子“反转”事件。“反转”并非指飞行器倾翻,而是改变了电路器件中以二进制(0,1)表示的逻辑状态,使其由0变到1或者由1变为0。这意味着控制系统会发出错误的指令,比如从减速变为加速或停止变成启动等,很有可能造成严重的事故。


高空核弹产生人工辐射带


你也许认为像人造极光实验这样破坏电离层的事情是偶然事件,太空高能粒子对我们的影响并没有那么大,但你知道吗?某些国家曾经进行的高空核弹爆炸实验,甚至在地球上空形成了人工辐射带。


当核弹引爆之后,会产生三种高能粒子,其中两种存在时间很短,但能量足以击穿电子器件。最后一种粒子来自核爆后的冲击波和残迹,能量进一步降低,但冲击波会让电浆火球迅速扩散开,与电离层的粒子相互作用,搅乱地球磁场,形成人工辐射带。与只有几秒的磁爆相比,这些人工辐射带至少能维持数周,科学家曾发现有些人工辐射带在地球轨道滞留了数年才消失。


这些人工辐射带危害很大,对在地球上空工作的卫星具有很大的杀伤力,还会影响地面上的人们的生产生活。1962年,美军在400千米的高空进行“海星”实验,引爆了一颗TNT当量为140万吨的原子弹,直接导致多颗卫星受到不同程度的损害。原子弹的冲击波还对1500千米之外的夏威夷群岛造成了影响,包括使岛上300多盏街灯熄灭了数个小时和暂时中断了岛屿之间的微波远程通讯系统。


手机屏蔽外界辐射


好在这些影响也许能被手机的应用抵消,因为无线电波在地球上空形成了一个人造保护罩。


1958年,美国物理学家詹姆斯·范艾伦意外发现了两个环绕地球运行的高速粒子辐射带,将之命名为“范艾伦辐射带”。范艾伦辐射带基本分布在南北纬40°~50°之间,分为明显的两层,其中内层覆盖了地表上方640~9600千米的区域,而外层更加广阔,覆盖范围从地表上方13500千米延伸到58000千米的地方,比地球大气层的厚度大得多。科学家推测,范艾伦带能像地球磁场一样,起到屏蔽太空辐射的作用。


事实上,范艾伦带的形成也要归功于磁场。太阳辐射的高能粒子被地球磁场俘获,它们在地球磁极的两个极点间来回运动就形成了范艾伦带,而随着运动不断有电磁辐射发生,也就吸引了更多的高能粒子。与此同时,这些高能粒子还吸引了另一股力量,那就是人类通信用的电磁波。

根据观测数据,范艾伦带与地球的间隙处存在一个神秘的气泡,这个气泡的边界和范艾伦带高度吻合。更神奇的是,这个气泡还能随着范艾伦带的变化而变化,当太阳风暴来临时,范艾伦带吸收高能粒子膨胀,它也随之膨胀,可以变大到原来的100倍,太阳活动减弱时它也随之收缩。这个气泡是什么东西?



其实,这是被范艾伦带的高能粒子吸引来的超低频无线电(VLF)信号。我们知道,电磁波的频率与波长成反比,同时与其能量成正比,因此在进行远距离通信时,人们常用低频电波。VLF就是一种常用于科研、工程和军事领域的一种通信信号,它可以绕过较大的障碍物,也可以在复杂地形中无损传播。

20世纪60年代后,VLF通信技术开始在世界范围内广泛运用,而根据科学家的推算,正是从那时候起,范艾伦带与地球之间出现了一个气泡。这个气泡是VLF在高能粒子的吸引下,自发向范艾伦带聚拢形成的。气泡将范艾伦带推离地球,同时也挡住了太阳活动发射的高能粒子。看来,电子通信不仅方便了人们的生活,甚至在无意中也保护了地球上的生命。


人类对地球的影响确实很大,这些影响也许在离地球很远的地方都能被看到:绚丽的人造极光、持久的人工辐射带以及额外的地球保护罩都证明着人类的存在。也许,我们在寻找外星智慧生命时,也能以这些迹象作为依据。


本文来源:大科技  作者:大科技   仅用于分享。如有侵权,请联系hq13379078029@163.com修改删除。

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