就像一個喜怒無常的青少年一樣，太陽最近也開始鬧脾氣了。隨著它接近預計在明年五月出現的11年太陽活動週期的頂峰，它爆發的次數越來越多。這些太陽風暴在技術上被稱為太陽耀斑，是太陽大氣中巨大的輻射爆發，會導致爆發區域的顯著亮度增加。太陽耀斑有時會伴隨著日冕物質拋射（CME），日冕物質拋射會將帶電和磁化的粒子噴射到太空中。 根據它們釋放的方向，這些粒子有時會到達地球，偶爾會損壞衛星並擾亂地面電網。1989年，一場太陽風暴導致魁北克省停電九個小時。根據太陽風暴如何影響電網的專家約翰·卡彭曼的說法，2003年的一場太陽風暴透過損壞15個大型變壓器癱瘓了南非的電力供應。
7月12日，當一個巨大的日冕物質拋射朝地球襲來時，預報員警告可能會停電，促使飛行管制員將極地航線的飛機改道至較低緯度，遠離高能粒子的淋浴。那次風暴產生了壯觀的極光景象，但沒有造成停電。7月19日和23日又發生了其他日冕物質拋射，但同樣沒有導致電力故障。
為什麼有些日冕物質拋射會造成破壞，而其他大小甚至更大的日冕物質拋射卻沒有？專家們在新模型的幫助下，指出了幾個因素。
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美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）空間環境中心的羅德尼·維爾克說：“空間天氣預報員首次擁有了模型和工具來預測日冕物質拋射如何從太陽釋放出來，加速進入太陽風，並最終與地球磁層碰撞，從而產生影響眾多技術和系統的地磁風暴。”維爾克的團隊負責預測太陽爆發引起的地磁風暴。
影響日冕物質拋射是否具有破壞性的第一個因素是帶電粒子發射的方向。密歇根大學空間環境建模中心主任塔馬斯·貢博西說：“太陽風暴像子彈一樣傳播。有時，子彈會錯過地球。當它們起源於遠離（太陽）面向地球的中心子午線時，它們會錯過地球。”
另一個因素是流向地球的帶電粒子的磁場方向。貢博西指出，日冕物質拋射的磁場如何與地球磁層（覆蓋和保護地球的磁殼）相互作用，決定了任何地面影響的嚴重程度，他已經建立了這種相互作用的模型。
貢博西說，一般來說，如果來自日冕物質拋射的帶電粒子正面撞擊地球的磁層，並且噴射具有強烈的向南磁場，那麼破壞性影響會更大。
據他說，某些風暴最麻煩的原因是一種叫做磁重聯的過程，在這個過程中，日冕物質拋射的磁場與地球的磁場直接相互作用。在相互作用過程中，通常連線地球南北極的磁場線可能會重新配置，並在短時間內插入日冕物質拋射的磁場線，然後斷開並重新組合成南北配置。
貢博西解釋說：“當日冕物質拋射的磁場具有很大的向南分量時，發生重聯的可能性很高。另一方面，如果有一個很大的向北分量，那麼發生重聯的可能性就很低。”
重聯擾亂地面電網的方式很複雜，但本質上，這個過程模擬了發電機中發生的情況，在發電機中，波動的磁場（通常是移動的磁鐵）會線上圈中產生電流，美國宇航局太陽物理實驗室主任亞當·薩博說。“就像在普通發電機中一樣，當移動的磁場穿過長導體時，會產生電流。電力線就是這樣的長導體。產生的過量電流會使變壓器和變電站過載，從而引起連鎖停電。”
電網專家卡彭曼警告說，在合適的條件下，日冕物質拋射可能會產生行星規模的後果，需要不止幾天才能恢復，部分原因是損壞的變壓器很難快速更換。
他說：“製造這些200噸重的裝置很困難。在最好的情況下，它們需要一年到一年半的時間才能製造出來。幾年前，積壓的訂單將近三年。”
更好的空間天氣預報
對重聯物理學的新理解有助於解釋為什麼今天對地球日冕物質拋射的預測比過去更好，當時“預報員在制定預報時不得不依賴估計和‘經驗法則’”，維爾克說。
直到幾年前，普遍的科學觀點是，有兩種太陽事件會影響我們——太陽耀斑引起的短時事件和日冕物質拋射引起的長時間事件。科學家錯誤地使用了不同的機制來解釋這兩種事件是如何發生的。薩博說：“看來只有一種加速機制”，他指出，產生的磁重聯的規模是唯一的區別。
儘管今天的地磁風暴預報比過去更加準確，但它最多隻能提前幾個小時發出準確的警告。研究人員說，為了縮短這些提前時間，並提前更多地瞭解來襲日冕物質拋射的破壞潛力，他們需要更多關於太陽如何產生風暴以及它們如何隨著時間變化的資料。有了這些見解，他們也許能夠更精確地模擬日冕物質拋射到達地球時的行為。
這種建模將得到觀測的幫助，這些觀測以某種方式捕捉日冕物質拋射離開太陽時其內部磁場的方向，並捕捉“對磁場如何在日冕物質拋射從太陽到地球的多日傳輸過程中變化和演變的更好理解”，維爾克說。
但是，對太陽及其附近的日冕物質拋射的觀測（太陽表面溫度約為5500攝氏度）極其難以實現。由於強烈的熱量會使電子裝置失效，因此很難將資料收集航天器部署在靠近太陽的地方。儘管美國宇航局的信使號航天器目前正在水星（太陽系最內側的行星）軌道上執行，但貢博西說，“即使在水星軌道上，即60個太陽半徑，也可能不夠。我們需要去三到五個太陽半徑。”
空間天氣預報員也面臨其他障礙。即使衛星提供了關於日冕物質拋射何時從太陽開始的非常可靠的資訊，但沒有人知道如何預測地磁風暴的南北分量，貢博西說，也沒有工具能夠測量該分量。維爾克說，建模人員還需要更詳細地瞭解日冕物質拋射撞擊地球時地球磁層中的確切條件。
不要期望在太陽明年接近太陽活動極大期時會有更好的預測。薩博指出：“我們距離開發出足夠詳細的理解，並將其轉化為任何形式的業務預測，至少還需要十年的時間。”