一场威力强大的、引发灾难的地磁暴在不久的将来是不可避免的,可能会导致停电、卫星故障等等。与对我们星球的其他威胁(如超级火山或小行星)不同,灾难性地磁暴(由太阳爆发对地球磁场造成破坏而引起)的时间范围相对较短。它可能在未来十年或下个世纪发生。我们只知道,根据以往的事件,我们的星球几乎肯定会在相对较短的时间内受到袭击,可能在 100 年内。
地磁暴是由太阳黑子、太阳耀斑和日冕物质抛射引起的,造成了我们的现代技术社会越来越容易遭受的灾难。大多数专家认为 1859 年 9 月发生的卡林顿事件(所谓的超级风暴)是有记录以来最强大的地磁暴。但新的数据表明,1921 年 5 月发生的一次风暴可能与卡林顿事件的强度相当甚至超过了卡林顿事件,在美国、加拿大和瑞典至少引发了三起重大火灾,突显了这些风暴今天可能对地球造成的破坏性影响。
在美国地质调查局的杰弗里·洛夫和他的同事在《空间天气》杂志上发表的一篇论文中,比以往任何时候都更详细地重新审查了 1921 年事件(称为纽约铁路风暴)的强度。尽管存在不同的强度衡量标准,但地磁暴通常根据一个称为地磁暴时指数 (Dst) 的指数进行评级——这是一种通过平均多个地点测量的地球磁场强度值来衡量全球磁活动的方法。我们星球的基线 Dst 水平约为 –20 纳特斯拉 (nT),当水平降至 –250 nT 以下时,定义为发生“超级风暴”条件。对卡林顿事件非常有限的磁场数据的研究表明,其强度在 –850 至 –1,050 nT 之间。然而,根据洛夫的研究,1921 年的风暴强度约为 –907 nT。“1921 年的风暴可能比 1859 年的风暴更强烈,”洛夫说。“在我们的论文之前,[1921 年的风暴] 被认为是强烈的,但到底有多强烈还不太清楚。”
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美国国家海洋和大气管理局空间天气预报中心 (SWPC) 的克里斯·巴尔奇没有参与该论文,他指出有几种方法可以衡量地磁暴的强度。他说,虽然 Dst 是衡量过去事件的好方法,但对于现代风暴强度和能量的实时分析来说,它的用处较小,现代实时分析依赖于一种称为 KP 指数的东西。“Dst 是基于世界各地这些低纬度天文台的,”他说。“对于 [KP 指数],有 13 个天文台位于极光带和中纬度地区。” 这些站点更靠近地球的地磁极,因此能够更好地掌握磁场强度的波动。
地磁暴的历史测量并不容易。虽然今天我们有遍布世界各地的仪器来监测此类事件,但我们在 1957 年(官方 Dst 记录开始的时间)之前的知识依赖于全球各地不同磁力计采集的零散数据。在洛夫的论文之前,仅使用了萨摩亚的一个天文台的数据来估算 1921 年风暴的强度。但他能够追踪到来自澳大利亚、西班牙和巴西其他地点的更多手写记录。洛夫和他的合著者平均计算了这四个地点的读数,比以往任何时候都更准确地重建了 1921 年风暴的强度——例如,比目前仅依赖于印度单个磁力计测量的卡林顿事件的强度估计要准确得多。“我真的很高兴最终看到 1921 年事件的定量测量结果,”科罗拉多大学博尔德分校的德洛雷斯·克尼普说,她是空间天气的编辑。“我认为这实际上会让很多人感到惊讶。”
卡林顿事件因其对地球的影响而特别出名,它使地磁感应电流流经地球新生的电网,并在全球范围内引发火灾。然而,在洛夫的论文发表前一个月在空间天气上发表的一项新分析表明,1921 年纽约铁路风暴的影响同样严重,甚至更严重。尽管后来的事件因 5 月 15 日控制塔发生火灾后纽约市的火车中断而得名,但英国卢瑟福·阿普尔顿实验室的研究作者迈克·哈普古德发现,这些事件与风暴之间的关联很弱。但通过查看以前被忽视的书面记录,哈普古德注意到同一天爆发了三起重大火灾。其中一起是由纽约州布鲁斯特火车站电报线中的强电流引发的,火灾将车站夷为平地。第二起是摧毁瑞典卡尔斯塔德电话交换机的火灾,第三起发生在安大略省。
1921 年的事件分两个阶段展开,在升级为全面的超级风暴之前,首先爆发了一次破坏性的冲击。例如,在卡尔斯塔德,电话交换机的夜班操作员最初报告说他们的设备出现故障,并开始冒烟。烟雾消散后,在黎明前的几个小时里,交换机中的电缆爆发火焰,最终将整个建筑物点燃。到日出时,内部已烧成灰烬。
哈普古德的研究表明,1921 年的风暴影响之大,不仅仅是在美国和瑞典。来自靠近赤道的萨摩亚的记录表明,即使在这个低纬度地区,观察者也能看到极光现象。“这是一个令人震惊的观察结果,”哈普古德说。巴黎附近和亚利桑那州也记录到了极光,而英国、新西兰、丹麦、日本、巴西和加拿大的电报系统和电话线路也受到了破坏。“[这场风暴] 有一段早期活动期,造成了一些问题,”哈普古德说,“然后在第二天晚上,一切都乱了套”,因为最初来自太阳的较温和的事件强度增强,变得更具破坏性。
今天,我们部署了哨兵航天器,例如 NASA 的高级成分探测器,来监测空间天气,并在大型风暴朝我们袭来时向地球发出警告。该系统应允许在风暴来临时关闭电网或卫星,以减轻其影响。但是,如果再次发生一场极其巨大的风暴——就像2012 年几乎发生的那样——无论是否有预警,结果都可能是严重的。“如果 1921 年的风暴今天发生,将对多种技术系统造成广泛的干扰,而且这将是非常重大的,”洛夫说,其影响包括停电、电信故障,甚至一些卫星的丢失。“我不会说这将是世界末日,但我可以非常有信心地说,将会出现广泛的混乱。”
虽然另一次大型事件无疑会造成问题,但空间天气预报中心等组织正在密切监测空间天气,为地球做好最坏的准备。克尼普认为,政策制定者现在已经开始对这个问题给予“适当程度的关注”,但她指出,为做好准备,可以做的事情非常有限。尽管卡林顿事件长期以来一直是预测未来可能发生的事情的规范性风暴,但也许现在纽约铁路风暴及其影响也应该受到同等的重视。“我认为 1921 年的风暴可能值得同样多的讨论,”洛夫说。“看看这两场风暴,它们是迄今为止有记录以来最大的风暴。”