一場威力強大的、引發災難的地磁暴在不久的將來是不可避免的,可能會導致停電、衛星故障等等。與對我們星球的其他威脅(如超級火山或小行星)不同,災難性地磁暴(由太陽爆發對地球磁場造成破壞而引起)的時間範圍相對較短。它可能在未來十年或下個世紀發生。我們只知道,根據以往的事件,我們的星球幾乎肯定會在相對較短的時間內受到襲擊,可能在 100 年內。
地磁暴是由太陽黑子、太陽耀斑和日冕物質拋射引起的,造成了我們的現代技術社會越來越容易遭受的災難。大多數專家認為 1859 年 9 月發生的卡林頓事件(所謂的超級風暴)是有記錄以來最強大的地磁暴。但新的資料表明,1921 年 5 月發生的一次風暴可能與卡林頓事件的強度相當甚至超過了卡林頓事件,在美國、加拿大和瑞典至少引發了三起重大火災,突顯了這些風暴今天可能對地球造成的破壞性影響。
在美國地質調查局的傑弗裡·洛夫和他的同事在《空間天氣》雜誌上發表的一篇論文中,比以往任何時候都更詳細地重新審查了 1921 年事件(稱為紐約鐵路風暴)的強度。儘管存在不同的強度衡量標準,但地磁暴通常根據一個稱為地磁暴時指數 (Dst) 的指數進行評級——這是一種透過平均多個地點測量的地球磁場強度值來衡量全球磁活動的方法。我們星球的基線 Dst 水平約為 –20 納特斯拉 (nT),當水平降至 –250 nT 以下時,定義為發生“超級風暴”條件。對卡林頓事件非常有限的磁場資料的研究表明,其強度在 –850 至 –1,050 nT 之間。然而,根據洛夫的研究,1921 年的風暴強度約為 –907 nT。“1921 年的風暴可能比 1859 年的風暴更強烈,”洛夫說。“在我們的論文之前,[1921 年的風暴] 被認為是強烈的,但到底有多強烈還不太清楚。”
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美國國家海洋和大氣管理局空間天氣預報中心 (SWPC) 的克里斯·巴爾奇沒有參與該論文,他指出有幾種方法可以衡量地磁暴的強度。他說,雖然 Dst 是衡量過去事件的好方法,但對於現代風暴強度和能量的即時分析來說,它的用處較小,現代即時分析依賴於一種稱為 KP 指數的東西。“Dst 是基於世界各地這些低緯度天文臺的,”他說。“對於 [KP 指數],有 13 個天文臺位於極光帶和中緯度地區。” 這些站點更靠近地球的地磁極,因此能夠更好地掌握磁場強度的波動。
地磁暴的歷史測量並不容易。雖然今天我們有遍佈世界各地的儀器來監測此類事件,但我們在 1957 年(官方 Dst 記錄開始的時間)之前的知識依賴於全球各地不同磁力計採集的零散資料。在洛夫的論文之前,僅使用了薩摩亞的一個天文臺的資料來估算 1921 年風暴的強度。但他能夠追蹤到來自澳大利亞、西班牙和巴西其他地點的更多手寫記錄。洛夫和他的合著者平均計算了這四個地點的讀數,比以往任何時候都更準確地重建了 1921 年風暴的強度——例如,比目前僅依賴於印度單個磁力計測量的卡林頓事件的強度估計要準確得多。“我真的很高興最終看到 1921 年事件的定量測量結果,”科羅拉多大學博爾德分校的德洛雷斯·克尼普說,她是空間天氣的編輯。“我認為這實際上會讓很多人感到驚訝。”
卡林頓事件因其對地球的影響而特別出名,它使地磁感應電流流經地球新生的電網,並在全球範圍內引發火災。然而,在洛夫的論文發表前一個月在空間天氣上發表的一項新分析表明,1921 年紐約鐵路風暴的影響同樣嚴重,甚至更嚴重。儘管後來的事件因 5 月 15 日控制塔發生火災後紐約市的火車中斷而得名,但英國盧瑟福·阿普爾頓實驗室的研究作者邁克·哈普古德發現,這些事件與風暴之間的關聯很弱。但透過檢視以前被忽視的書面記錄,哈普古德注意到同一天爆發了三起重大火災。其中一起是由紐約州布魯斯特火車站電報線中的強電流引發的,火災將車站夷為平地。第二起是摧毀瑞典卡爾斯塔德電話交換機的火災,第三起發生在安大略省。
1921 年的事件分兩個階段展開,在升級為全面的超級風暴之前,首先爆發了一次破壞性的衝擊。例如,在卡爾斯塔德,電話交換機的夜班操作員最初報告說他們的裝置出現故障,並開始冒煙。煙霧消散後,在黎明前的幾個小時裡,交換機中的電纜爆發火焰,最終將整個建築物點燃。到日出時,內部已燒成灰燼。
哈普古德的研究表明,1921 年的風暴影響之大,不僅僅是在美國和瑞典。來自靠近赤道的薩摩亞的記錄表明,即使在這個低緯度地區,觀察者也能看到極光現象。“這是一個令人震驚的觀察結果,”哈普古德說。巴黎附近和亞利桑那州也記錄到了極光,而英國、紐西蘭、丹麥、日本、巴西和加拿大的電報系統和電話線路也受到了破壞。“[這場風暴] 有一段早期活動期,造成了一些問題,”哈普古德說,“然後在第二天晚上,一切都亂了套”,因為最初來自太陽的較溫和的事件強度增強,變得更具破壞性。
今天,我們部署了哨兵航天器,例如 NASA 的高階成分探測器,來監測空間天氣,並在大型風暴朝我們襲來時向地球發出警告。該系統應允許在風暴來臨時關閉電網或衛星,以減輕其影響。但是,如果再次發生一場極其巨大的風暴——就像2012 年幾乎發生的那樣——無論是否有預警,結果都可能是嚴重的。“如果 1921 年的風暴今天發生,將對多種技術系統造成廣泛的干擾,而且這將是非常重大的,”洛夫說,其影響包括停電、電信故障,甚至一些衛星的丟失。“我不會說這將是世界末日,但我可以非常有信心地說,將會出現廣泛的混亂。”
雖然另一次大型事件無疑會造成問題,但空間天氣預報中心等組織正在密切監測空間天氣,為地球做好最壞的準備。克尼普認為,政策制定者現在已經開始對這個問題給予“適當程度的關注”,但她指出,為做好準備,可以做的事情非常有限。儘管卡林頓事件長期以來一直是預測未來可能發生的事情的規範性風暴,但也許現在紐約鐵路風暴及其影響也應該受到同等的重視。“我認為 1921 年的風暴可能值得同樣多的討論,”洛夫說。“看看這兩場風暴,它們是迄今為止有記錄以來最大的風暴。”
