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儘管 十三恐懼症患者——那些害怕數字 13 的人——對今天的日期(以及恰逢星期五的 13 號)感到退縮,但他們可以感到欣慰的是,太陽像 1989 年 3 月 13 日那樣轟擊地球的可能性非常低。除非,這是說寫作會帶來壞運氣(說到迷信)。
二十年前,現代史上最極端的太空天氣事件之一襲擊了地球。太空天氣主要來自太陽,太陽不斷透過所謂的太陽風向地球輸送粒子和能量。
但就像傳統的陸地天氣一樣,太陽上也會發生風暴和其他擾動。太陽經常發出被稱為耀斑的物質和能量爆發,這是由恆星的自然磁湍流引發的。然而,有時太陽也會噴射出數十億噸過熱等離子體(電離氣體),稱為日冕物質拋射 (CME)。如果這個巨大的等離子體和輻射氣泡正好對準地球,它可能會對衛星執行甚至地面上的電網以及依賴電力的現代文明構成嚴重威脅。
幻燈片展示:太空天氣
1989 年 3 月 10 日,一個大約 36 個地球大小的 CME 從太陽翻騰的表面噴發出來,並以每小時一百萬英里(160 萬公里)的速度撕裂太空。兩天後,熾熱的氣體雲撞擊了地球的磁層——地球旋轉的熔融鐵核產生的磁場,有助於偏轉太陽風和更強大的太陽噴射物。來自太陽的這次爆發嚴重擾亂了磁層,並引發了一場地磁超級風暴。
正如美國天主教大學的天體物理學家 Sten Odenwald 在他的著作《第 23 週期》中所述,隨之而來的是近代最壯觀的極光景象之一——通常表現為北極光(北極光)或南極光(南極光)。極光形成於地球磁場將高能粒子漏斗到磁場發出的兩極時。在那裡,帶電粒子撞擊地球大氣層中的分子,釋放出各種顏色的光子(例如,紅色色調來自氧氣),並照亮極地地區的頻繁極光顯示。
但 3 月 13 日的事件(那年的日期是星期一)不僅僅是一陣太陽風或引發短暫、閃爍燈光秀的耀斑。起伏的、色彩斑斕的極光向南蔓延至得克薩斯州和古巴,世界大部分地區的夜空中都出現了紅光。一些從未見過極光的人甚至驚恐地認為核戰爭爆發了,Odenwald 回憶道。
一些離事件中心最近的衛星遭受了電子故障。“當時這還不是什麼大問題,因為與現在相比,軌道上的衛星要少得多,”Odenwald 說。太空風暴的影響一直延伸到地球表面,甚至在地下也以地磁感應電流 (GIC) 的形式存在。這些電湧滲透到北美和北歐的電網中,甚至摧毀了新澤西州一家核電站的變壓器。
最重要的是,在當地時間 3 月 13 日星期一凌晨 2:45 左右,加拿大魁北克水電公司的電網崩潰,原因是安全系統感應到地面脈衝電流引起的電力過載。故障導致加拿大東北部 600 萬人斷電長達 9 個小時——這是地磁風暴造成的最大規模停電。
當然,向家庭和企業配發電的歷史甚至不到 130 年。而且,在近代(最突出的是 1859 年和 1921 年)曾發生過更大的地磁風暴,而且將來幾乎肯定會再次發生。
太陽目前正經歷所謂的太陽活動極小期——11 年週期中磁活動最少的時期。隨著太陽表面被稱為太陽黑子的明顯黑斑增多,表明磁場上升,太陽耀斑和 CME 的頻率增加,並在太陽活動極大期之後達到頂峰。下一個這樣的狂暴季節預計將在 2012 年左右到來。
為了預測下一次太陽季風,美國國家科學院最近釋出了一份研究報告,該報告基於 2008 年夏季的研討會,廣泛探討了太空風暴的許多社會經濟影響。“以前從未有過像這樣的太空天氣報告,”科羅拉多大學博爾德分校大氣與空間物理實驗室 (LASP) 的太空物理學家、主要研究作者丹尼爾·貝克說。“我們發現太空天氣以一些令人驚訝的方式影響著許多行業。”
報告稱,太空天氣造成真正毀滅性停電的可能性仍然很低。但報告警告說,一旦發生這種情況,現代社會對電力的依賴,從銀行系統到飲用水供應,都可能導致國家甚至國際緊急情況,並在多年的恢復期內造成數萬億美元的損失。
“人們認為,因為過去沒有發生過太可怕的事情,所以現在也不會發生,”Odenwald 說。“我們以前也聽說過這種邏輯,然後我們遇到了卡特里娜颶風。不對極端太空天氣做好準備的代價可能是巨大的。”
太空天氣對能源基礎設施的影響不僅限於電網。它還會導致石油和天然氣管道的生鏽和腐蝕。與電力線受影響的方式非常相似,長連線結構可能會在不同區域之間產生較大的電壓差,從而導致有害電流的流動。“一個人甚至像房子大小的東西都不會受到這些接地電流的影響,因為它們太小了,”Odenwald 說。“但是,如果你與一百公里外的另一個人手牽手,那麼你就會有電壓差。”在阿拉斯加,工程師們發現,由於北部緯度地區頻繁的接地電流,跨阿拉斯加輸油管道的退化速度快於預期。
在發生地磁事件期間,飛越極地地區的航班可能會遇到無線電中斷和裝置故障。衛星可能會失靈,擾亂諸如看電視之類的平凡追求,或更嚴重地擾亂全球定位系統 (GPS)。許多行業依賴 GPS 進行精確定位和定向,軍方將 GPS 用於關鍵目的,包括導彈跟蹤和制導。
鑑於惡劣太空天氣的這些廣泛影響,有關專家呼籲擴大我們的預測能力。目前的政府科學衛星群只能提前幾天預測重大太空風暴的可能性。(一艘名為高階成分探測器 (ACE) 的飛船可以在 CME 在 45 分鐘內撞擊地球時發出關鍵警報。)民用太空天氣警報由國家海洋和大氣管理局的太空天氣預測中心提供。其他組織也提供每日預報,很像您當地的天氣預報,包括 太空天氣網站(今天:晴朗,沒有太陽黑子,太陽風速為每秒 236 英里(每秒 380 公里))
對於那些恐日症患者,您也可以在 Odenwald 的 www.solarstorms.org 頁面上倒計時太陽活動極大期的天數。截至 2009 年 3 月 13 日,還剩 717 天。
幻燈片展示:太空天氣