多年来,我们一直被警告太阳即将带来的灾难。如果朝向我们,来自我们恒星的强烈辐射和等离子体爆发会袭击我们的星球,为地球的大气层和磁场充能,实际上是对我们的大部分现代技术按下了一个全球“重置”按钮。一次足够强烈的轰击可能会引发一场地磁暴,将卫星推出轨道,使连接互联网的海底电缆短路,并因电网崩溃而使世界陷入大规模停电的黑暗之中。然而,就在上周末,20年来最强烈的太阳爆发之一冲击了我们的星球时,由于多年的周密公共和私人计划,我们设法毫发无损地脱险。风暴已经消退,尽管引发风暴的太阳区域此后又喷射出更多的巨大耀斑——幸运的是,由于太阳的自转,不再以地球为目标。但是,尽管我们通过了迄今为止最大的考验,但专家们表示,现在还不是放松警惕的时候:更具灾难性的太阳活动的问题不是“是否会发生”,而是“何时发生”。
“这是一个成功的故事,”国家海洋和大气管理局空间天气预测中心(SWPC)位于科罗拉多州博尔德的空间天气预报员肖恩·达尔说,但上周末的风暴“远不及”已知更强大的历史事件的强度。现在是放松的时候了吗?“绝对不是,”他说。
5月8日,在地面和太空望远镜探测到多个来自太阳的爆炸性爆发正 направляться 地球后,SWPC发布了即将发生严重空间天气事件的警告。至少七次这样的爆发,被称为日冕物质抛射或CME,用数十亿吨太阳等离子体冲击了我们的星球——这是一次行星际重击,使地球的磁场发出嗡嗡声,并使高层大气膨胀,几乎像瘀伤一样。由此产生的地磁暴是自2003年以来最严重的一次。它对全球基础设施构成潜在的严重危险,同时也使世界大部分地区沐浴在令人心醉的极光景象中。
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目前,很难说我们离灾难有多近,因为许多公司——从电网控制器到卫星运营商——不喜欢透露地磁暴如何影响它们的信息,密歇根大学的气候和空间科学家丹尼尔·韦林说。“他们不想看起来很脆弱,”他说。“卫星运营商必须为他们的航天器投保,这可能非常昂贵。”然而,各种零星的报告已经提供了一些关于风暴破坏性影响的见解。飞行跟踪器显示,航空公司正在重新规划飞机航线,以避开地球两极,因为机组人员和乘客可能会暴露于风暴带来的宇宙辐射的令人担忧的峰值。新西兰国有企业、运营该国电力的Transpower在一份声明中表示,它已先发制人地“在周六[5月11日]关闭了全国各地的一些电路”,因此,“对新西兰的电力供应没有影响”。在明尼苏达州,明尼苏达电力公司启动了电容器组,以应对风暴可能产生的影响。世界各地其他电网可能也采取了类似的预防措施,尽管缺乏信息使得“非常”难以知道这些措施有多有效,韦林说。
地磁暴还会严重干扰来自GPS卫星的信号,多位农民报告说,上周末GPS制导的农用设备出现问题。在南达科他州,一位农民的拖拉机在风暴期间开始绕圈行驶,多位农民在社交媒体上报告了中断。“我们播种机和条耕机上的GPS今天完全失灵了,”一位评论员在Reddit上写道。“我看到了这篇文章并看了看……没有GPS,”另一位说。LandMark Implement是一家总部位于内布拉斯加州和堪萨斯州的约翰迪尔经销商,它向客户发送短信,建议“关闭”农用设备上的GPS设备。“基站正在发送受到地磁暴影响的修正,并导致田地发生剧烈偏移,”该公司在在线帖子中指出。当联系LandMark时,该公司拒绝进一步置评。
风暴也对太空构成危害。美国宇航局表示,国际空间站上的七名宇航员在很大程度上免受了风暴的影响,但确实采取了一些预防措施。“机组人员被告知要避开空间站上防护较弱的区域,这是出于充分的谨慎,”美国宇航局约翰逊航天中心发言人桑德拉·琼斯说。“某些区域提供的辐射防护较弱,例如气闸舱,而其他区域,例如机组人员宿舍,则提供增强的防护。机组人员从未处于危险之中,能量水平此后已降低。”其他卫星运营商遇到了更大的困难。英国一家名为Sen的公司,该公司从低地球轨道上的一颗卫星传输4K视频,选择关闭其航天器四天,以防止风暴造成任何损坏,例如电路板烧毁或电子故障。“它处于空闲模式,”Sen的航天器运行主管马尔钦·布贾尔说。“我们只保留了最基本的东西——飞行计算机和无线电接收器。”这阻止了卫星执行某些任务,包括计划中的南美洲洪水和加拿大野火观测。“这肯定产生了影响,”布贾尔说。
更大的卫星群,例如SpaceX拥有6000颗卫星的星链巨型星座,该星座从低地球轨道向地球传输互联网,也受到了影响,尽管全部影响尚不清楚。“当发生大型风暴时,对于卫星运营商来说,总是一个可怕的时刻,”哈佛-史密森天体物理中心的天文学家乔纳森·麦克道尔说。SpaceX的首席执行官埃隆·马斯克只是在X上指出,卫星“承受着很大的压力”,但“到目前为止还在坚持”。2022年2月,该公司在38颗新发射的星链卫星因地磁暴造成的过度阻力而过早重返地球突然膨胀的大气层后失去了这些卫星,但这次似乎避免了此类问题:另一次星链发射在上周末按计划进行,成功地将23颗卫星部署到不易受此类影响的更高轨道。加州大学欧文分校的计算机科学家桑吉塔·乔希说,地磁暴似乎确实增加了星链卫星与地面通信的延迟。“我们可以看到一些影响,但并非灾难性的,”她说。对于通过海底电缆供应的地面互联网基础设施,这场风暴“强度不足以”造成任何问题,她补充说。
太阳风暴引起的大气膨胀被证明在哈勃太空望远镜上尤其显著,尽管哈勃太空望远镜在地球上方数百公里处运行,但由于阻力,它仍然缓慢地向地球下降。风暴使哈勃的轨道衰减率增加了一倍,达到“每天约80米,而不是每天40米,”麦克道尔说。美国宇航局戈达德太空飞行中心的发言人克莱尔·安德烈奥利告诉大众科学,哈勃目前估计将在“2030年代中期”在地球大气层中烧毁。然而,如果没有其他航天器的助推,进一步的太阳活动爆发可能会使哈勃的绝唱提前几年到来,从而减少天文学家使用有史以来最先进的望远镜之一的时间。“处于太阳的摆布之下有点不幸,”波士顿大学的天文学家JJ·赫尔墨斯说。
总的来说,然而,我们的星球似乎在很大程度上幸免于最近的太阳怒火——社会和整个文明并没有过早结束。“我对它如此平淡无奇感到有点惊讶,”麦克道尔说。但现在还不要开香槟庆祝。虽然这次风暴很大,但这并不是我们未来几十年可能面临的全部——或者可能更快,因为太阳正朝着2025年11年活动周期的顶峰前进。衡量任何给定地磁暴的强度很困难,因为地球和太空中存在许多因素,但可以给出一个粗略的数字。地磁暴强度可以用纳特斯拉(nT)来表示,基于对地球磁场的测量,地球磁场的基线为–20 nT。有记录以来最强大的地磁暴,1859年的卡林顿事件和1921年的纽约铁路风暴,都记录在–900 nT左右,尽管前者可能高达–1,750 nT。上周末的风暴来袭时,强度较为缓和,为–412 nT,达尔说。“即使这次风暴具有历史意义,但也远未达到1921年和1859年的水平,”他说。
在过去的十年中,由于SWPC和其他组织的工作,关于太阳风暴潜在威胁的讨论很多。2020年,美国政府通过了《促进空间天气研究和观测以改进未来预报法案》(PROSWIFT法案),以“制定正式机制,将空间天气研究模型和能力过渡到业务运营”,NOAA在2023年的一份新闻稿中表示。达尔说,这非常有利,有助于“确保空间天气得到更认真的对待。我们比10年前准备得更充分。”在美国和国外,其结果都加强了我们的空间天气预报,为我们提供了迄今为止关于太阳齐射即将到来的危险的最佳警告。上周末的太阳风暴表明,这种勤奋的准备工作并非徒劳。这一次,一切都按计划进行。但是,当一场更强大的卡林顿式风暴来袭时,我们准备好了吗?“太阳是一个强大的敌人,”麦克道尔说。“我们还没有看到它可能造成的最大破坏。”