我们都知道,暴风雨可能会造成严重毁损,洪水会淹没城市,基础设施也会被摧毁。但比暴风雨更让人担心的是:太空的天气。如果一场巨大的太阳风暴袭击我们,我们的技术就会覆灭,整个星球将会变得黑暗。
美国国家海洋和大气管理局(NOAA—NationalOceanicandAtmosphericAdministration)空间气象预报中心主任托马斯·伯格对吉兹莫多说:“如今,我们比过去对技术更加依赖,也就更容易受到太空气象的影响。如果我们今天受到了极端事件的袭击,我们将很难做出响应。”
“太阳风暴”是一个通用的术语,用来描述太阳抛向我们的大量物质,包括X射线、带电粒子和磁化等离子体。自19世纪中叶以来,还没有发生过大规模的太阳风暴,但太空气象科学家们却非常担心风暴会再次发生。
太阳耀斑
太阳风暴通常始于太阳耀斑——太阳表面发生巨大爆炸,将能量和粒子输送到太空。小型C级耀斑时有发生,但是因为它太弱,故不会影响地球;而中型M级耀斑会产生轻微的无线电干扰。此外,X级耀斑是太阳系中发生的最猛烈的爆炸,它会释放出相当于10亿颗氢弹那么高的能量。这些爆发很少发生,但一旦发生,便是史诗般的景象。
现代仪器测量到的最强烈的耀斑之一发生在年的太阳活动高峰期。它太强烈了,以至于超过了我们卫星传感器的极限,该卫星传感器记录了X-28(比X-1耀斑高28个等级,而X-1耀斑本身比M1型耀斑大10倍)。该事件如下图所示:
年,太阳和日球层探测器(SOHO—SolarandHeliosphericObservatory)捕捉到了这一史诗般的太阳耀斑。图像来源:欧洲空间局/美国国家航天局—太阳和日球层探测器
尽管观测耀斑已有一个多世纪,但是科学家们仍然不能完全确定到底是什么原因导致耀斑出现。我们确信耀斑与太阳强大磁场的扰动有很大关系,磁场会在太阳周期(大约11年)中振荡。
太空气象学家乔·古尔曼在接受来自美国宇航局戈达德航天中心的吉兹莫多的采访时说:“太阳风暴起源于太阳表面爆发的磁性特征,我们称这些为活跃区域或者太阳黑子。当它们变得巨大丑陋,这表明磁场正在迅速变化。磁场迅速变化,似乎就是太阳活动的原因(或与其原因相关)。”
中到大型的太阳耀斑会向地球发射高能辐射波,即X射线和紫外线。这些类型的辐射的能量足以将电子从原子上剥离下来,这正是当辐射撞击我们的大气层(称为电离层)上部时发生的事情。基本上,天空会受到巨大电磁脉冲的冲击。但根据伯格的说法,即使是最大的耀斑也不会对人类造成太大的影响。
伯格说:“这是一个巨大的电磁脉冲,它搅动电离层,导致电离层膨胀。但太阳耀斑确实不会对技术造成毁坏。”唯一的例外是无线电,当大气层负载了过多电荷时,地球和轨道卫星之间的无线电信号可能会被屏蔽。伯格指出:“无线电通信有时会受到影响,在地平线上无线电广播变得困难。当飞机飞越极地时,它们与控制中心通信的唯一方式是通过高频无线电波在各个大陆上的反射。但这只是暂时的,通信困难最多只能持续10分钟到几个小时。”
年3月6日,美国国家宇航局捕获了X级耀斑。图片来源:美国国家航空航天局戈达德航天中心/Flickr
我们没有很好的预测太阳耀斑的方法,又因为太阳耀斑到达地球的速度太快(与正常的太阳光一样,太阳耀斑的辐射到达地球大约需要8分钟),所以美国国家海洋和大气管理局无法提前通知航空公司。伯格说:“我们唯一能做的就是在观测到太阳耀斑时立即发出警报,航空公司非常重视耀斑对高频通信的影响,如果真的有重大耀斑事件发生,他们会考虑停飞航班。”如果你不是航空公司的运营商,你几乎可以坐视不管。但不要忘记时不时地去美国宇航局的太阳动力学天文台上看看这些惊人的图像。
带电粒子
在太阳耀斑的辐射到达天空的几分钟到几个小时之后,一束带电粒子(电子和质子)就会到达地球,它们会轰击磁层(磁层是我们的磁场在地球周围形成的保护层)。伯格说:“我们看到辐射等级有时会上升,这表明粒子正在撞击地球。”
落入地球大气层中的带电粒子形成了北极光。图像来源:亚当·伍德沃思
偶尔,大量带电粒子会撞击轨道卫星并损坏其电子设备。粒子辐射对太空中的人类的健康也构成了很大的风险。
古尔曼说:“我们的确需要担心到达国际空间站(ISS—InternationalSpaceStation)的高能粒子,如果有一天我们到了太空竞争的地步,那么高能粒子将会更值得