太陽，是我們一切生靈的母親。大部分的時(shí)候，她都是溫暖且溫柔地?fù)崦覀儯水?dāng)它突然向隨機(jī)的方向噴出輻射和等離子體時(shí)。這些太陽耀斑和日冕物質(zhì)的噴發(fā)（簡稱CME）可以燒焦地球，并給人類造成災(zāi)難性的后果。
它到底是如何發(fā)生的？情況會(huì)有多糟糕？我們能準(zhǔn)備應(yīng)對(duì)嗎？
雖然太陽看起來很堅(jiān)固，但它實(shí)際上看起來像一片熾熱的海洋。它的超高溫度把原子撕成電子和原子核，所有這些都在等離子體中相互流淌。這個(gè)等離子體被太陽磁場推動(dòng)并塑造成型。磁力是一種電磁雙重力的一部分。電產(chǎn)生磁，磁產(chǎn)生電。在太陽上，由帶電的質(zhì)子和電子組成的等離子體在其運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生磁場，然后這個(gè)磁場決定了粒子流動(dòng)的形狀。它們都卡在太陽內(nèi)部的動(dòng)態(tài)反饋回路上，這使太陽磁場變得活躍。 這個(gè)磁場儲(chǔ)存了大量的能量，而其中一部分被泄露到了太陽系中。它伴隨著太陽等離子體的流，像不停歇的小雨一樣一直落在地球上，這場小雨被稱為太陽風(fēng)，造成了一種由太陽產(chǎn)生的太空天氣，這種情況大部分時(shí)間是平靜和平穩(wěn)的，但也有例外：當(dāng)?shù)入x子體劇烈地移動(dòng)和在其自身周圍流動(dòng)時(shí)，它的磁場變得扭曲而纏在一起。這就產(chǎn)生了積累大量能量的磁結(jié)。當(dāng)磁性節(jié)點(diǎn)斷裂的時(shí)候，就宛如一個(gè)彈簧的結(jié)向外炸裂彈射，太陽就會(huì)將等離子體和其他可怕的物質(zhì)射入太陽系。
這些太陽風(fēng)暴有幾種類型，比如太陽耀斑和高能量輻射的潮汐波。它以光速加速向太陽系，吹動(dòng)太陽風(fēng)中的質(zhì)子，將它們加速為高速質(zhì)子風(fēng)暴，這就產(chǎn)生了冠狀物質(zhì)拋射(CME)，它將數(shù)十億噸等離子體以每小時(shí)900萬公里的速度推向太陽系。當(dāng)這些怪物擊中我們時(shí)，地球上什么都沒有發(fā)生。較小的風(fēng)暴只會(huì)對(duì)衛(wèi)星造成破壞、或者它會(huì)影響無線電通信、對(duì)宇航員可能會(huì)很危險(xiǎn)。但對(duì)地球上的人來說，大多數(shù)時(shí)候的太陽風(fēng)的氣候是無害的。
因?yàn)榈厍虻拇髿鈱油ㄟ^吸收大氣中高的x射線陣風(fēng)，保護(hù)我們免受太陽耀斑最致命的影響。早在他們到達(dá)地球表面之前。來自日冕物質(zhì)拋射的帶電等離子體被地球磁場偏轉(zhuǎn)，使太陽風(fēng)暴攜帶能量的粒子落入北極和南極大氣中，使大氣發(fā)光，創(chuàng)造出美麗的極光。就像任何天氣一樣，大多數(shù)情況情況都不會(huì)造成什么影響。
但有微風(fēng)也會(huì)有颶風(fēng)，它們被稱為太陽超級(jí)風(fēng)暴。現(xiàn)在我們知道它每一個(gè)世紀(jì)都會(huì)發(fā)生一兩次。
首先我們將探測到強(qiáng)烈的太陽耀斑，類似于在打雷之前的閃電。這里的打雷就是是冠狀物質(zhì)拋射，它由數(shù)十億噸熱磁等離子體組成，它穿過了太陽和地球之間的1.5億公里只用不到一天的時(shí)間。當(dāng)它到達(dá)時(shí)，它會(huì)引起一個(gè)沖擊波，導(dǎo)致地球的磁場劇烈地壓縮。能量被轉(zhuǎn)移到磁層中。情況可能還會(huì)更糟：如果冠狀物質(zhì)拋射場的磁場與地球的磁場正確對(duì)齊，那么兩個(gè)磁場將會(huì)合并。當(dāng)磁云從地球經(jīng)過時(shí)，它會(huì)將地球磁場的扯成一條長“尾巴”。最終，儲(chǔ)存在尾部的能量變得太大，無法容納。它就會(huì)捕捉到地球，向其釋放爆炸性的能量。一場地磁風(fēng)暴就這樣已經(jīng)開始了。
幾百年前，沒人會(huì)在乎地磁風(fēng)暴，因?yàn)榱飨虻厍虻娘L(fēng)暴與由血肉構(gòu)成的我們無關(guān)。但它與由鋼鐵和電線制成的機(jī)器密切相關(guān)。你還記得發(fā)電機(jī)嗎？磁性會(huì)產(chǎn)生電流。21世紀(jì)的地球上被數(shù)百萬公里的電線覆蓋，他們之間還設(shè)有一個(gè)復(fù)雜的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)：變壓器，這些都是為了傳輸電力。日冕電子拋射的能量可以在我們的電網(wǎng)中誘導(dǎo)電流，使它們短路而完全癱瘓。
更糟糕的是，摧毀了保持我們電網(wǎng)運(yùn)行的變壓器。1989年魁北克的電網(wǎng)就在一場太陽能風(fēng)暴后癱瘓了。但一般來說，我們的電力工程師們已經(jīng)知道如何應(yīng)對(duì)這些風(fēng)暴，這就是為什么我們通常甚至都沒有注意到這種現(xiàn)象帶來的后果。上一次太陽超級(jí)風(fēng)暴掠過地球是在1859年。卡靈頓事件是地球有史以來被觀察到最大的地磁風(fēng)暴。巨大的極光甚至延伸到了加勒比海的南部。在一些地區(qū)，它非常明亮，人們醒來都以為那是日出了。幸運(yùn)的是，當(dāng)時(shí)我們只有一種現(xiàn)代技術(shù)：電報(bào)系統(tǒng)。在太陽超級(jí)風(fēng)暴的影響下，全球的電報(bào)機(jī)都癱瘓了，并且操作人員上去操作時(shí)還被電擊了。
2012年，一場像卡靈頓事件一樣強(qiáng)大的風(fēng)暴差點(diǎn)擊中地球。研究表明，如果被擊中的話，會(huì)使全球所有電子系統(tǒng)遭受巨大損害。僅在美國可能就會(huì)損失至少2.6萬億美元。更換損壞的系統(tǒng)所需的時(shí)間預(yù)計(jì)為4至10年之間。如果真的發(fā)生了，很難描述情況會(huì)有多糟糕。專家們則各有各的看法。一些人認(rèn)為只會(huì)暫時(shí)的停電。而其他人則擔(dān)心情況會(huì)更糟。在一場巨大的塌秧風(fēng)暴擊中我們之前，我們并不會(huì)確切了解，這類事件發(fā)生的概率估計(jì)為每十年12%左右。相當(dāng)于未來50年內(nèi)至少50%的機(jī)會(huì)發(fā)生一場風(fēng)暴還有更多令人不安的消息。2019年的一項(xiàng)研究表明，即使是像太陽這樣安靜的恒星，每隔幾千年就會(huì)產(chǎn)生一次超級(jí)耀斑。
它們的噴發(fā)非常強(qiáng)烈，比之前說的最強(qiáng)大的風(fēng)暴還要強(qiáng)大，我們已經(jīng)在太陽系中觀測到了。面對(duì)這樣的風(fēng)暴，如果我們準(zhǔn)備不充分，后果可能是災(zāi)難性的。我們對(duì)電力有多依賴，沒電不僅僅是家里的燈不能打開，還意味著沒有電腦，沒有通信功能，沒有導(dǎo)航功能。持續(xù)的斷電可能會(huì)導(dǎo)致供應(yīng)鏈的崩潰，供水系統(tǒng)關(guān)閉而醫(yī)院里的發(fā)電機(jī)也關(guān)閉了，商店沒有重新補(bǔ)貨，而食物則在地里腐爛。缺乏電力可能使我們重新啟動(dòng)的癱瘓的電網(wǎng)變得非常困難。重啟我們饑餓的文明需要幾年或幾十年的時(shí)間。
幸運(yùn)的是，即使太陽風(fēng)暴無法被阻止，但他們幾乎所有的不良副作用都是可以預(yù)防的。觀察太陽的科學(xué)家有幾個(gè)小時(shí)到幾天的時(shí)間看到日冕物質(zhì)輻射即將到來，這足作讓世界各地的工程師做好繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的系統(tǒng)的準(zhǔn)備。我們非常清楚太陽風(fēng)暴的危險(xiǎn)。變壓器和變電站可以臨時(shí)的關(guān)閉，通過斷開對(duì)象的連接來保護(hù)不會(huì)過載。工程師也可以打開額外的線路來消耗多余的電力。與自然災(zāi)害造成的成本相比，投資和升級(jí)設(shè)備的成本已經(jīng)很便宜了，我們可以保護(hù)世界電網(wǎng)免受最嚴(yán)重的風(fēng)暴襲擊。但我們必須做好準(zhǔn)備。
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