在一首由Hy Zaret、Lou Singer作詞,被They Might Be Giants樂隊廣泛傳唱的歌里唱到,“太陽是一個耀眼的大氣團,一個巨大的核反應體”。如果進一步細究,這個關于太陽的初級分類未免有些狹隘。事實上,太陽的原理十分復雜,至今人們依然沒有完全了解它。
但我們知道的是:太陽是一個巨大的、酷熱的、由電離氣體組成的天體。我們把這種氣體叫做等離子氣體,它是宇宙中最常見的物質存在形式。組成太陽的氣體原子非常熱,以至于它們不能束緊自己的電子。這些氣流可以攜帶電子穿過太陽。
如果您十分熟悉磁鐵,就會知道電流能制造磁場,這同太陽活動的原理相同。太陽的周圍存在著一個強大的磁場,太陽通過自轉延續著這個磁場。
使事情更復雜的是,熱物體有著膨脹的趨勢。太陽是非常熱的星體,同時體積和密度都很大,這意味著它具有很強的吸引力。通常,太陽的重力平衡著它膨脹的趨勢。
這些力量的共同作用導致太陽表面變化劇烈。帶電的氣流使磁力線發生扭曲,這可以防止來自太陽內部的熱氣體上升到表面,形成太陽黑子。與其它表面相比,出現太陽黑子的表面顏色更暗一些,這里的溫度較周圍的亮區域也要低很多。
黑子形成的磁場線把高溫氣體困在下面,防止它們到達表面。這些氣體也把電磁線纏成更緊的圈,有時甚至許多的磁力線纏繞在一起。偶爾,沒有意外發生時,磁力線削弱,黑子減少,同時,高溫氣體升到太陽表面。但有時,壓力持續增加,磁力線會突然驟升,導致太陽耀斑出現。
太陽耀斑不只是高溫氣體的爆炸,一次太陽耀斑可以發射出整個光譜的光線,這其中有我們看不到的光,包括X射線和伽馬射線,這些射線會對人類造成傷害。幸運的是,地球的大氣層能吸收這些高能射線中的大多數。
這是NASA拍攝的一次太陽噴發的照片。
但這并不表明人類不受耀斑爆發的影響。在太空中或高海拔的人們,如在飛機上的人,就有可能受到強烈的輻射。這種輻射會對人體造成短期或者長期的傷害,如皮膚過敏,甚至增加患皮膚癌的風險。不過這些傷害都可以通過治療得到康復。
電子設備也極易受到這些射線的攻擊。如果高能射線擊中衛星,它們就可以從金屬部件內部剝離電子,電離它們。電子掙脫束縛后,衛星中的電子設備就可能出現短路。它們還可以創建磁場,破壞衛星系統。有些衛星能屏蔽這些射線保護自己,但很多衛星仍然很容易受到影響。
由于地球的大氣層吸收了大部分危險的射線,所以太陽耀斑對于地面系統是比較安全的。但另一種稱作為日冕物質拋射的活動,則會給地球上的電子產品帶來很嚴重的麻煩。在日冕物質拋射期間,太陽磁場波動導致太陽表面迅速擴大,向太空噴射出數十億噸的粒子。有時日冕物質拋射會伴隨太陽耀斑而產生,但不是所有的太陽耀斑都產生日冕物質拋射,也不是所有的日冕物質拋射都是隨太陽耀斑而產生的。
不同于太陽耀斑,日冕物質拋射不會產生強烈的光,但它卻會產生磁場沖擊波。這種沖擊波能擴展到太空中十億英里遠處,如果該沖擊波經過地球,地球的磁場將作出反應。這同將一塊弱磁鐵放到一塊強磁鐵旁邊的原理一樣,弱磁鐵會將自己調整為與強磁鐵相同的磁場。太陽的電磁沖擊波會使地球的磁場線發生無法預測的改變。
美麗的光并不是日冕物質拋射帶來的唯一成果,它將使地球上所有的指南針失去功能。而且,由于磁場可以產生電流,任何導體都可能成為一個電感器。一次強大的日冕物質拋射能生成巨大的導體,這可能造成地球電力系統的超載,從而破壞整個系統。
接著我們將清楚地看到,一次強烈的日冕物質拋射過后情況有多糟糕.
雖然單一的太陽耀斑活動不足以對地球造成影響,但是強大的日冕物質拋射就得另當別論了。而事實上,這也有過先例,只是當時人們沒有先進的電子設備,而即便有了,那時的人們還沒有像現在這樣依賴它們。
一次強大的太陽風暴可能導致整個地球的電力系統癱瘓。
1859年,一場強大的日冕物質拋射在地球磁層周圍引起了強烈的磁場波動。其結果就是,生活在古巴的人們目睹了北極光現象,而指南針和電報系統隨之癱瘓,它的威力如此強大以至于引發了磁暴。當時的科學家和學者對所有可能引起混亂的起因進行辯論,現在我們當然知道是日冕物質拋射搞的鬼了,但當時的人們還沒有這種概念。今天,人們比1859年更依賴電子設備和電力。如果遭到類似的襲擊,人類將會更加麻煩,因為巨大的磁力將誘導任何大型導體,包括電力變壓器和電網。
但這還不算太壞。即便北美電網的荷載幾乎接近于磁暴的能量,它也難以承載太陽風暴增加的電力負荷。電力線會因為電壓過大而彎曲下垂,甚至有可能“啪”的一下突然折斷,而大規模的停電也很可能影響到大陸上的多數人們。電磁波動還會干擾無線電信號,通信和衛星系統都將崩潰。
修復這些損失可能會花費幾個月或幾星期的時間,但在此期間,人們根本不知道發生了什么事情,因此緊急救援行動將面臨嚴峻的挑戰。雖然電磁波動可能并不會破壞像手機、電腦這些個人電子設備,但局域通信網絡卻可能已經損壞。換句話說,小的電子設備可能還可以使用,但失去了電力網、通信網這些服務,它們也將變為廢物。
日冕物質拋射可能會影響您的電腦并導致故障,但在大多數情況下,簡單的重新啟動完全可以解決這個問題。可隨著電網被破壞,電源充電就會受到限制,一旦存儲的電用完了,我們就束手無策了。
雖然人們無法阻止太陽風暴的發生,但是可以采取方法限制日冕物質拋射的影響。其中之一就是要徹底檢修電網系統,我們需要一種智能電網,它的電容量必須要比我們當下正使用的大很多才行。另外,我們還需要制定屏蔽設施,以便盡可能地保護基礎電力設施不受磁場波動的影響。