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user: 4. 太阳生物学 对于我们生活在地球上的人来说，没有比太阳更重要更亲切的了，她代表着光明与希望，四季更迭、岁月流逝，一切生命活动的维持与节奏莫不与太阳休戚相关。因此一门专门研究太阳活动直接与生物圈之间关系的边缘和交叉学科——太阳生物学逐渐兴起。 早在1915年俄国学者亚历山大·耶夫斯基就写了“太阳对地球生物圈的周期性影响”的论文，可以说是太阳生物学的奠基之作，但当时并不为人们重视。直到近几十年，随着对生物圈中各种运动资料的积累和对太阳活动现象广泛深入的观察，人们才越来越关注太阳的周期性活动与整个生物圈千丝万缕的联系。事实上，不少学科如天文学、地质学、生物学、医学、灾害学和社会学等都从不同角度对此问题进行了研究，但是这些研究往往只是注重某个侧面。其成果就像一堆堆砖瓦、钢筋和水泥，还不能建成“太阳生物学”这座宏伟的科学大厦。建立“太阳生物学”的任务，就是要把有关研究的成果搜集和联系起来，形成自己独特的体系，发挥出特有的新的整体效应，给现代人以科学武器，帮助人们在普遍存在的宇宙作用下，用更高层次的观点来研究全球生物圈中的活动，揭示自然界的奥秘，有效地预测、抗御和减轻灾害对人类的影响，促进社会的和平发展。 4.1. 太阳活动与生物生长的关系 粮食始终是人类赖以生存的物质基础，所以研究粮食产量变化的规律有着重要的意义，从几个大国的小麦产量可以说明在太阳活动极大年附近产量增加的规律：1958年是第19周太阳活动的极大年，我国1956~1958年的年产量比1960~1965年间的高22%，苏联1956~1958年间的平均产量比1960~1965年间都高，1969年是第20周太阳活动的极大年，加拿大1967~1969年的平均产量比1970~1973年的高27%。据比照，蔬菜的产量也有相同的规律，与此相应的是，历史上全球性或地区性大范围饥荒的发生也多在太阳黑子极小年附近，对此种情况，希望引起经济学家、农学家和政府农业部门领导的高度重视。 美国天文学家道格拉斯，通过广泛收集美国、英国、法国和瑞典等国的树木样品进行测定分析，他发现年轮宽度的变化有11年周期，这表明树木的生长速度有11年的变化：年轮宽时，生长较快；年轮窄时，生长较慢，在太阳峰年附近，树木生长速度达到极大值。澳大利亚科学家布雷也指出，太阳活动越强，森林的生长速度也越快。 虫害的发生和发展与环境的温度、湿度、土壤以及生物群落有非常密切的关系，还有一个因素就是天文因素。农学家兰禅拉·劳统计了1863~1936年印度北部沙漠蝗虫的资料，发现73年中共发生蝗灾7次，每次间隔11年，而且在太阳黑子谷年附近。值得注意的是，我国的蝗灾发生在太阳活动11年周期中很可能有“双波效应”。也就是说在太阳活动谷年附近也有较严重的蝗灾。经研究发现，鼠的繁殖每隔10~11年也有一个高峰，而且发生在太阳活动谷年附近。对于这种现象，一种看法以为太阳活动峰年时耀斑的增强，X射线或紫外辐射杀死了昆虫，另一种看法是耀斑的高能粒子强烈地改变了地面的环境条件，例如温度、湿度和气压等，使昆虫无法适应而导致死亡。 4.2. 太阳活动与人类健康的关系 流感至今都是人类难以制服的“敌人”之一，科学家注意到每次流感大流行时病毒的类型虽有不同，但其流行的间隔有明显的周期性，美国科学家分析了从1700年到1979年280年间的流感发生情况表明，除1879年例外，其余11次流感大流行都是发生在太阳活动最强的时期。目前传染病和瘟疫流行受太阳活动牵制的结论已被科学界所接受，在一些国家中用于预测传染病的流行，以便及时制订预防措施。 2002年是太阳活动的第23个峰年，次年，我国就发生了非典大流行，引起了较大的心理恐慌，大家不敢坐公共汽车了，所以私家车开始逐年增多，中国迈进了汽车时代。 太阳活动对人的神经系统也有所影响，这意味着在太阳活动增强时期，要想正确判断不犯错误是较不容易的。有人分析了武汉市36年来机动车辆交通事故与太阳黑子相对数的相关关系，指出二者之间既有11年周期的正相变化规律，又有22年周期的负相变化规律，并对可能的机理进行了初步探讨。 另外，太阳活动对心肌梗塞、青光眼等的发生也有正相的影响。最近以色列心脏病专家史托普以及他领导的研究小组，经过10多年的观察，发现心律失常或心肌梗塞而导致心脏病患者碎死的病例数目，与地磁及太阳活动密切相关，这种关联性较非心脏病者高2倍多。有人解释说，当太阳活动激烈时，所释放的大量高能辐射可能在数秒之内降临地球大气层，使离地面50至400公里之间的电离层气体迅速电离，后者所产生的电磁场能使地球外层的磁场出现显著的偏差，这种偏差的高低则与多项心血管系统独有的参变数有密切关联。 4.3. 太阳活动与通讯、航天事故关系 现代生活很大程度上依赖于无线电通讯，而地面上的无线电短波是依靠地球大气的电离层反射或折射来传播的。太阳活动剧烈时，太阳发出的射电辐射、紫外线、X射线等大大增强，尤其当太阳上出现大耀斑时，还会发射出强烈的射电爆发和X射线爆发，这些很强的X射线和紫外线到达龟离层后，立即引起电离层的变化，使电离层的大气分子进一步电离，造成大气中离子浓度增高，吸收电磁波性增强，这祥就往往导致电波讯号严重衰减甚至完全消失而造成短波通讯突然中断，直接影响短波通讯及空间飞行器的发射和运行。 太阳活动增强还会引起一些地区气压增加、雷暴天气频繁，使高层大气的温度和密度发生很大变化，从而引起人造卫星、空间飞行器和导弹等的运行轨道发生变化。尤其是人类现在已进入宇宙航天时代，在没有地球大气保护的空间环竟中，必须要考虑太阳活动时抛出的高能带电粒子对飞行器和宇航员的严重威胁，所以宇航试验一般都选择在太阳黑子极小期间(这时耀斑也最小)进行。 前文提到的汽车相撞，还有火车越轨、飞机失事和轮船沉没等灾害事故，均与太阳活动存在一定的相关关系。这不仅是因为太阳等天体的活动影响了客观环境，而且还影响了人类的主观精神状态。 4.4. 太阳活动与气象水文的关系 太阳活动时发出的大量紫外线和带电粒子进入地球高层大气时，使其局部温度增高，因而引起大气中能量的重新分配，改变高空气压场和气流场的形势，而大气的变化势必影响到对流层的天气和气候。我国一些气象台站从分析历年气温变化与太阳大耀斑出现的关系中，发现在大耀斑出现的月份，我国气温显著增高。目前气象工作者越来越重视太阳活动对气象超长期预报和中期预报的影响。 人们从资料统计中发现，地球上的降水量增减周期与太阳黑子兴衰周期一致，都是11年。在我国也发现太阳黑子在11年周期的谷年附近，常常会出现南涝北旱的天气。太阳活动对气温的影响，现在普遍认为太阳黑子活动衰弱时，地表气温下降，气候变寒冷；黑子活跃时，气候则变暖。 1931年7月，我国长江和淮河流域发生特大洪水，宜昌站出现了64，600立方米/秒的最大洪峰流量。淹没农田5，000多万亩，14万人丧生，当时中央研究院气象研究所的竺可祯博士于该年9月发表了一篇论文，指出此次的大洪水是大量降雨造成的，并上溯到1909年和1887年也曾发生过，有意义的是这三次大洪水的间隔均为22年，也就是太阳磁场变化的周期，于是竺博士在世界上第一次提出了降水与太阳活动的相关性，这个重要论断后来得到证实。1954年长江流域再次出现特大暴雨引起的洪水泛滥(宜昌站最大流量为66，800立方米/秒，汉口洪峰流量达76，100立方米/秒)，两次洪水相隔23年，1975年中国又发生洪水，河南等地被淹得相当严重，冲断京广铁路达4-6天。据此估算下二次考验将在太阳活动第22周峰年过后的谷年到来时，也就是大约在本世纪末的1997年前后(事实上1998年长江流域爆发了大洪水)和2019年左右。 黄河是我国的第二长河，它虽水量不太大(年流量480亿立方米，在我国各大河中仅居第11位)，但其含沙量却居世界之首。科学家们以为，黄土及其土壤的特征、高原地区降雨集中的特点以及植被和地面坡度等原因是造成黄土堆积地区严重水土流失的主要因素。为了进一步弄清黄河含沙量的变化情况，专家们还对黄河中游的含沙量进行研究发现：1) 1934至1988年55年间，含沙量高峰年有规律地间隔出现，因此看来与人为活动的影响无关，而与某种天然作用过程有关。2) 将含沙量与太阳活动强度进行相关分析，发现含沙量的高峰年与太阳活动的峰年或峰年后的第一年相关，低峰年则与太阳活动的低峰年后一年相关，含沙量相差1倍。3) 55年中黄河出现的14个含沙量高峰的波动周期曲线与太阳活动的周期曲线非常吻合。4) 值得注意的是，含沙量的高峰年与降水量、河水总流量和洪水高峰年仅部分吻合。因此导致黄河含沙量增高的原因，除了通常提到的气候、地表环境特征因素外，还存在一个强大的宇宙作用因素，即太阳活动等对地球环境的影响。 4.5. 太阳活动与火山地震的关系 地球地下蕴藏的能量相当于全世界埋藏的煤全部燃烧后所发出的热量的1.7亿倍，火山的爆发就是这种地热或内能的一种释放形式。地面从太阳吸收的能量，若以太阳辐射100%计，海洋能吸收99.63%，大陆深色土壤吸收85%~90%，浅色土壤68%~70%，陆地内部热量传导主要在分子间进行，传热深度有限，因而在同一深度热能集中，岩浆的内能增加也快，其活动频率加快、力度加强，当内能聚集到一定程度时，岩浆就会沿地壳裂缝或薄弱地带冲出地表。当太阳活动频率加大时，地层吸收的热也随之加大，火山爆发的可能性和频率就会增加。1980年太阳黑子相对数为154.6，该年3~5月，美国圣海伦斯火山连续爆发三次，大量的火山灰和含硫气体等随着烈火浓烟直冲云天、高达1500米，其影响范围不只限于美国本土，而且波及欧洲甚至亚洲。 国内外关于太阳活动等对地震影响的研究已有很长一段时间了，各自得出的结论也不尽相同。关于地震是否有规律、其周期长短等问题还没有达到共识。地震活动的周期比太阳活动周期还不严格、还不显著，因为地震大小不同，周期性的明显程度亦不同。《天体运行与地震预报》一书对地震的周期性有过详细讨论，并列举了全世界大小不同的许多地区的各种地震周期，在所列周期中，确实有和太阳活动相应的周期，即为11年或22年，但更多的是不能用太阳活动来解释的周期，因太阳活动只是影响地震活动的主要因素之一。 关于太阳活动影响地震的发生，有人认为主要通过大气压力的变化来进行的。大气压力垂直方向的变化与大气压力本身相比要小两个数量级。通常很少超过40毫巴，此外大气在水平方向上也有水平梯度力。如果设想地壳中岩石的抗应变强度与逐渐增大的压力积累之间的对抗成熟时，只要有一个极小的力，如大气压力的突然变化，就可能使能量突然释放而形成地震。 应该着重指出的是，太阳活动周期为11年，或者为22年并不是绝对的、严格的，这只是一个平均的、几率的概念，从已有的记录来看，短的可至7.3年，长的竟达17.1年，所以机械地推算也是不科学的。 4.6. 月亮等其他天体运动对人类生存的影响 2007年8月，在中国杭州的钱塘江边，游人观看江上的大潮时，30多人被潮水卷入江中，11人死亡。这是谁干的?月亮，没有月亮的起潮力，就不会有海洋上的潮汐，也就不会有钱塘江大潮，所以观潮淹死了人，月球是罪魁祸首。 到底一个天体是否会对地球上的个体产生影响，按照万有引力计算公式，织女星和地球上一个人之间的引力基本相当于相距一米多的两个人之间的引力。 遥远的恒星又如何影响地球上的人呢，奥地利物理学家马赫有过这样一个假想实验：把大半桶水用绳子吊在半空，然后让它高速转动，这样水逐渐也会随桶壁转动起来，在惯性离心力的作用下，水在桶壁处会升起，在桶中心会凹下——这时候，是在宇宙充满星辰的情况下，水桶和桶里的水相对于全宇宙的星辰在转动。现在假设水桶不动，全宇宙及其星辰在围绕水桶转动，按相对性原理，水桶里的水也会在桶壁升起，在中心会凹下。反过来再做一实验：假设宇宙的星辰、一切全部消失，只剩这桶水，让水桶自己孤立的转动——这时没有参照物，水桶就等于没转，水面就不会变化——这样一来，谁敢说全宇宙的星辰对这大半桶水没影响?以此类推，谁敢说全宇宙的星辰对地球上的人类没影响? 宇宙与地球之间不断地进行着能量和物质的交换，借助于1977年获诺贝尔化学奖的普里高津的耗散结构理论，我们可以粗略地解释一下日地关系，天文因素对生物圈的触发作用类似于小随机涨落，虽然涨落本身的能量不大，却可以引起系统的巨涨落，即生物圈中运动的巨大变化。由于开放系统中，在分支点附近，小随机涨落的作用是不确定的，因此亦不可能要求生物圈中的变化严格按照天文因素进行，再加之其它天、地、生的因素，这些周期性变化随时间和空间而变化。然而无论这些现象多么错综复杂，我们都应勇敢地去探索，迷信不可信，但我们决不能因此而不信科学、或者对客观现象不去进行科学的研究，否则那实际上是一种新的迷信——对头脑中固有成见的盲目崇拜 [ 3 ] [ 4 ] 。 能量的观点、联系的观点、变化的观点将是我们研究太阳生物学以及其他天体生物学的基本观点。可喜的是，现在世界上已有许多科学家在尝试从事有关这方面的研究，包括它的历史、成因、发生规律、评价等，以上所述的只是目前研究的几个方面，笔者相信日地关系、其他天体包括牛郎星和织女星及北斗七星等与地球的关系中的许多重要现象也会越来越会被人们所认识和应用。亚历山大·耶夫斯基在逝世前说过一句充满希望的话：“辩证法告诉我们，认识任何现象只能从它与周围世界的相互关系中去寻找。在空间时代，科学应该完全阐明太阳和生物圈相互联系的本质”。