20年來最強太陽風暴破壞甚微,但更糟糕的空間天氣即將來臨

多年的周密計劃有助於防範上週末的嚴重空間天氣,但我們仍然不知道如何應對特大事件

Human figure in front of aurora borealis

絢麗的極光——就像這張在英格蘭西北部上空拍攝的照片一樣——是2024年5月10日襲擊地球的強烈地磁暴最顯著的影響。但這次事件也影響了空中交通、衛星執行、全球通訊,甚至包括GPS制導的農用裝置。

彼得·伯恩/PA 圖片社/阿拉米圖片社

多年來,我們一直被警告太陽即將帶來的災難。如果朝向我們,來自我們恆星的強烈輻射和等離子體爆發會襲擊我們的星球,為地球的大氣層和磁場充能,實際上是對我們的大部分現代技術按下了一個全球“重置”按鈕。一次足夠強烈的轟擊可能會引發一場地磁暴,將衛星推出軌道,使連線網際網路的海底電纜短路,並因電網崩潰而使世界陷入大規模停電的黑暗之中。然而,就在上週末,20年來最強烈的太陽爆發之一衝擊了我們的星球時,由於多年的周密公共和私人計劃,我們設法毫髮無損地脫險。風暴已經消退,儘管引發風暴的太陽區域此後又噴射出更多的巨大耀斑——幸運的是,由於太陽的自轉,不再以地球為目標。但是,儘管我們通過了迄今為止最大的考驗,但專家們表示,現在還不是放鬆警惕的時候:更具災難性的太陽活動的問題不是“是否會發生”,而是“何時發生”。

“這是一個成功的故事,”國家海洋和大氣管理局空間天氣預測中心(SWPC)位於科羅拉多州博爾德的空間天氣預報員肖恩·達爾說,但上週末的風暴“遠不及”已知更強大的歷史事件的強度。現在是放鬆的時候了嗎?“絕對不是,”他說。

5月8日,在地面和太空望遠鏡探測到多個來自太陽的爆炸性爆發正 направляться 地球后,SWPC釋出了即將發生嚴重空間天氣事件的警告。至少七次這樣的爆發,被稱為日冕物質拋射或CME,用數十億噸太陽等離子體衝擊了我們的星球——這是一次行星際重擊,使地球的磁場發出嗡嗡聲,並使高層大氣膨脹,幾乎像瘀傷一樣。由此產生的地磁暴是自2003年以來最嚴重的一次。它對全球基礎設施構成潛在的嚴重危險,同時也使世界大部分地區沐浴在令人心醉的極光景象中。


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目前,很難說我們離災難有多近,因為許多公司——從電網控制器到衛星運營商——不喜歡透露地磁暴如何影響它們的資訊,密歇根大學的氣候和空間科學家丹尼爾·韋林說。“他們不想看起來很脆弱,”他說。“衛星運營商必須為他們的航天器投保,這可能非常昂貴。”然而,各種零星的報告已經提供了一些關於風暴破壞性影響的見解。飛行跟蹤器顯示,航空公司正在重新規劃飛機航線,以避開地球兩極,因為機組人員和乘客可能會暴露於風暴帶來的宇宙輻射的令人擔憂的峰值。紐西蘭國有企業、運營該國電力的Transpower在一份宣告中表示,它已先發制人地“在週六[5月11日]關閉了全國各地的一些電路”,因此,“對紐西蘭的電力供應沒有影響”。在明尼蘇達州,明尼蘇達電力公司啟動了電容器組,以應對風暴可能產生的影響。世界各地其他電網可能也採取了類似的預防措施,儘管缺乏資訊使得“非常”難以知道這些措施有多有效,韋林說。

地磁暴還會嚴重干擾來自GPS衛星的訊號,多位農民報告說,上週末GPS制導的農用裝置出現問題。在南達科他州,一位農民的拖拉機在風暴期間開始繞圈行駛多位農民在社交媒體上報告了中斷。“我們播種機和條耕機上的GPS今天完全失靈了,”一位評論員在Reddit上寫道。“我看到了這篇文章並看了看……沒有GPS,”另一位說。LandMark Implement是一家總部位於內布拉斯加州和堪薩斯州的約翰迪爾經銷商,它向客戶傳送簡訊,建議“關閉”農用裝置上的GPS裝置。“基站正在傳送受到地磁暴影響的修正,並導致田地發生劇烈偏移,”該公司在線上帖子中指出。當聯絡LandMark時,該公司拒絕進一步置評。

風暴也對太空構成危害。美國宇航局表示,國際空間站上的七名宇航員在很大程度上免受了風暴的影響,但確實採取了一些預防措施。“機組人員被告知要避開空間站上防護較弱的區域,這是出於充分的謹慎,”美國宇航局約翰遜航天中心發言人桑德拉·瓊斯說。“某些區域提供的輻射防護較弱,例如氣閘艙,而其他區域,例如機組人員宿舍,則提供增強的防護。機組人員從未處於危險之中,能量水平此後已降低。”其他衛星運營商遇到了更大的困難。英國一家名為Sen的公司,該公司從低地球軌道上的一顆衛星傳輸4K影片,選擇關閉其航天器四天,以防止風暴造成任何損壞,例如電路板燒燬或電子故障。“它處於空閒模式,”Sen的航天器執行主管馬爾欽·布賈爾說。“我們只保留了最基本的東西——飛行計算機和無線電接收器。”這阻止了衛星執行某些任務,包括計劃中的南美洲洪水和加拿大野火觀測。“這肯定產生了影響,”布賈爾說。

更大的衛星群,例如SpaceX擁有6000顆衛星的星鏈巨型星座,該星座從低地球軌道向地球傳輸網際網路,也受到了影響,儘管全部影響尚不清楚。“當發生大型風暴時,對於衛星運營商來說,總是一個可怕的時刻,”哈佛-史密森天體物理中心的天文學家喬納森·麥克道爾說。SpaceX的執行長埃隆·馬斯克只是在X上指出,衛星“承受著很大的壓力”,但“到目前為止還在堅持”。2022年2月,該公司在38顆新發射的星鏈衛星因地磁暴造成的過度阻力而過早重返地球突然膨脹的大氣層後失去了這些衛星,但這次似乎避免了此類問題:另一次星鏈發射在上週末按計劃進行,成功地將23顆衛星部署到不易受此類影響的更高軌道。加州大學歐文分校的計算機科學家桑吉塔·喬希說,地磁暴似乎確實增加了星鏈衛星與地面通訊的延遲。“我們可以看到一些影響,但並非災難性的,”她說。對於透過海底電纜供應的地面網際網路基礎設施,這場風暴“強度不足以”造成任何問題,她補充說。

太陽風暴引起的大氣膨脹被證明在哈勃太空望遠鏡上尤其顯著,儘管哈勃太空望遠鏡在地球上方數百公里處執行,但由於阻力,它仍然緩慢地向地球下降。風暴使哈勃的軌道衰減率增加了一倍,達到“每天約80米,而不是每天40米,”麥克道爾說。美國宇航局戈達德太空飛行中心的發言人克萊爾·安德烈奧利告訴大眾科學,哈勃目前估計將在“2030年代中期”在地球大氣層中燒燬。然而,如果沒有其他航天器的助推,進一步的太陽活動爆發可能會使哈勃的絕唱提前幾年到來,從而減少天文學家使用有史以來最先進的望遠鏡之一的時間。“處於太陽的擺佈之下有點不幸,”波士頓大學的天文學家JJ·赫爾墨斯說。

總的來說,然而,我們的星球似乎在很大程度上倖免於最近的太陽怒火——社會和整個文明並沒有過早結束。“我對它如此平淡無奇感到有點驚訝,”麥克道爾說。但現在還不要開香檳慶祝。雖然這次風暴很大,但這並不是我們未來幾十年可能面臨的全部——或者可能更快,因為太陽正朝著2025年11年活動週期的頂峰前進。衡量任何給定地磁暴的強度很困難,因為地球和太空中存在許多因素,但可以給出一個粗略的數字。地磁暴強度可以用納特斯拉(nT)來表示,基於對地球磁場的測量,地球磁場的基線為–20 nT。有記錄以來最強大的地磁暴,1859年的卡林頓事件和1921年的紐約鐵路風暴,都記錄在–900 nT左右,儘管前者可能高達–1,750 nT。上週末的風暴來襲時,強度較為緩和,為–412 nT,達爾說。“即使這次風暴具有歷史意義,但也遠未達到1921年和1859年的水平,”他說。

在過去的十年中,由於SWPC和其他組織的工作,關於太陽風暴潛在威脅的討論很多。2020年,美國政府通過了《促進空間天氣研究和觀測以改進未來預報法案》(PROSWIFT法案),以“制定正式機制,將空間天氣研究模型和能力過渡到業務運營”,NOAA在2023年的一份新聞稿中表示。達爾說,這非常有利,有助於“確保空間天氣得到更認真的對待。我們比10年前準備得更充分。”在美國和國外,其結果都加強了我們的空間天氣預報,為我們提供了迄今為止關於太陽齊射即將到來的危險的最佳警告。上週末的太陽風暴表明,這種勤奮的準備工作並非徒勞。這一次,一切都按計劃進行。但是,當一場更強大的卡林頓式風暴來襲時,我們準備好了嗎?“太陽是一個強大的敵人,”麥克道爾說。“我們還沒有看到它可能造成的最大破壞。”

喬納森·奧卡拉漢是一位屢獲殊榮的自由記者,報道天文學、天體物理學、商業航天和太空探索。在X上關注他 @Astro_Jonny

更多作者:喬納森·奧卡拉漢

李·比林斯是一位專門從事天文學、物理學、行星科學和航天科學的科學記者,並且是大眾科學的高階編輯。他是廣受好評的書籍《孤獨的五十億年:在星空中尋找生命》的作者,該書於2014年榮獲美國物理學會的科學傳播獎。除了為大眾科學工作外,比林斯的文章還發表在《紐約時報》《華爾街日報》《波士頓環球報》《連線》《新科學家》《大眾科學》和許多其他出版物上。作為一位充滿活力的公眾演說家,比林斯曾為美國宇航局的噴氣推進實驗室和谷歌做過特邀演講,並曾擔任《國家地理》、突破獎基金會、先鋒作品以及其他各種組織舉辦的活動的主持人。

比林斯於2014年加入大眾科學,此前曾在SEED雜誌擔任編輯。他擁有明尼蘇達大學新聞學學士學位。

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