什么是超级太阳风暴?

文章作者:管理一号 | 2019-03-25
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来历:中科院之声

1967年5月,美苏暗斗时期,美国布置在北半球的三大弹道导弹预警体系的雷达悉数中止。美军怀疑是苏联的军事搅扰,战机预备起飞迎战,战役火烧眉毛。

1972年8月,越南战役时期,美军投进在越南海域的4000磁感应水雷全被引爆。

1989年3月,加拿大魁北克正值严冬,600万人断电,时间长达9小时,社会堕入紊乱的边际。

这些像是科幻片里的情节。不,都是实在的,这是太阳风暴带给现代文明的灾祸。谁都无法置之不理。

什么是太阳风暴?

1860年7月18日,一个叫 Gugliemo Tempel 的意大利人在西班牙观测日全食时手绘了一幅图画。图中除了常见的结构外,右下角有一团状物。其时并没有引起世人留意。

左:1860年7月18日Gugliemo Tempel手绘的日全食图画;右:1973年6月10日美国天空实验室(Skylab)的日冕仪观测。

一百多年后,即上个世纪70年代,美国的OSO-7卫星和天空实验室(Skylab)使用日冕仪观测到了相似结构。日冕仪的作业原理与日全食相似,都是遮挡太阳,因而太阳的外层淡薄大气,称为日冕,能够被观测到。由此才知道1860年 Gugliemo Tempel 手绘的团状物并非天马行空的神来之笔。世人开端惊奇,一贯以为安静的太阳大气竟有如此大标准的迸发现象,科学上称为日冕物质抛射(CME)。

随后很多的卫星观测,特别是1995年发射的SOHO卫星,标明日冕物质抛射是一种常见的现象。在太阳活动极小期每天约1次,太阳活动极大期每天均匀5次。它源于日冕磁场的不安稳性,短时间内很多的磁化物质被抛射至行星际空间。被抛出的物质可达数十亿吨,速度可高达每秒3000多公里!

SOHO卫星观测到的日冕物质抛射

跟着空间勘探和研讨的不断深入,逐步认识到太阳风暴对人类生计的空间环境有着巨大影响。它能发作耐久的高能粒子事情,危及宇航员的生命和太空科技设备。碰击地球时,除发作艳丽的极光外,也会引起激烈的地磁暴、电离层扰动和地上感应电流,使卫星、导航、无线电通讯和地上电网瘫痪。跟着人类对科技依靠的日益加深,太阳风暴对现代科技社会的影响也日益加剧。

什么是超级太阳风暴?

关于什么是超级太阳风暴,并无准确的界说,一般指低概率、高影响的事情。经常被用作参阅的是1859年的卡林顿事情,英国天文学家卡林顿依据自家后院望远镜的观测,手绘了迸发时太阳上耀斑和黑子的形状。

英国天文学家卡林顿手绘的1859年9月1日的太阳黑子和耀斑。

当日午夜后的4点(约迸发后的18个小时)发作了一次大的地磁暴,随同的极光乃至在低纬的加勒比海区域也能看到。那时人类没有进入现代科技社会,所以影响较小。即使如此,欧美的电报体系失灵,电报线的放电乃至引起了火灾。

假使发作在今世,会有多严峻的成果呢?据美国空间研讨委员会大略估量,若一个超级事情撞到地球,对现代科技社会形成的丢失可高达数万亿美元,社会康复的周期为4-10年。最近一个研讨则给出更为“详细的”经济学价值上的估量:若美国66%的人口断电,美国的丢失将为420亿美元……每天!

但是,太阳风暴的影响并非仅仅在经济层面。

1967年5月23日的一次大迸发,导致了上述美国弹道导弹预警体系雷达的瘫痪。紧迫关头,美军空间气候预告员指出是太阳迸发中止了雷达和无线电通讯,由此防止了一场可能发作的核战役。

 1967年5月23日大迸发来自太阳中上部的亮堂区域,简直把人类带入核战役边际。1967年5月23日大迸发来自太阳中上部的亮堂区域,简直把人类带入核战役边际。

1972年8月7日的另一次迸发发作了历史上最快的太阳风暴,以极短的时间(14.6小时)抵达地球,引爆了美军投进的4000磁感应水雷。假如核兵器相同由磁感应引发,将会发作什么样的成果?成果不得而知,但尔后美军投入很多精力来防止其兵器遭受太阳风暴影响。

1972年8月7日迸发来自海马状区域,引爆了美军4000磁感应水雷。

“狼”真的要来了,并且比你幻想的还要多!

科学家估量未来10年发作超级太阳风暴的概率是10%左右。但是,2012年7月23日和2017年7月23日的两次超级太阳风暴事情给了咱们重要启示,尽管它们并没有撞到地球。2012年迸发发作的太阳风扰动与1859年的卡林顿事情相似,而2017年迸发则堪比1989年3月份事情(该事情形成了自太空时代以来最严峻的地磁暴,导致了加拿大魁北克的大停电)。

 2012年7月23日迸发(左)与2017年7月23日迸发(右)。

这两次事情发作在同一个很弱的太阳活动周,并且后一次迸发挨近太阳活动极小期,标明超级太阳风暴可发作于任何太阳活动周、活动周的任何时间段。这两次事情的比较提醒超级太阳风暴可能是“完美风暴”,这与以为超级太阳风暴来自超级活动区或超级耀斑的传统观念天壤之别。

“完美风暴”这一词汇来自美国列传作家 Sebastian Junger 1997年宣布的一部小说(Perfect Storm),现在已成为固定词汇。它并不是指风暴是完美的,而是指多种条件会聚在一起使得事情强度大大添加。历史上一些超级太阳风暴,如上文的1859年卡林顿事情、1972年8月事情、1989年3月事情等,都契合“完美风暴”特征。假如超级事情是“完美风暴”,意味着超级太阳风暴比咱们幻想的还要多! 

战略应对的紧迫性

越来越多的决策者认识到了太阳风暴研讨的重要性和对现代科技社会的损害。2015年10月美国白宫科技方针办公室发布了“国家空间气候战略”和“国家空间气候行动方案”,意味着空间气候被提升至美国国家战略层面。2016年10月美国更发布了总统令,责成各大部委联合应对空间气候事情。

咱们也已提出日地空间气候监测方案——“羲和方案”。羲和为我国神话中的太阳神之母,以羲和形象代表项目的科学任务,既表达了项目对研讨太阳活动来源、太阳系内生命来源与演化的重要意义,又表现了对整个日地空间进行监测和维护人类生计环境的重要作用。

卫星坐落得天独厚的日地体系第五拉格朗日(L5)点。这是安稳的引力平衡点,处于地球轨道上,脱离日地连线60度,合适观测朝向地球传达的太阳风暴,并可掩盖太阳和整个日地空间。这些特色关于空间气候研讨和预告极其重要。

“羲和方案”日地空间气候勘探概念示意图。犹如苍茫夜海中的灯塔与前哨,“羲和方案”将时间凝视着整个日地空间,这一太阳风暴的侵袭之路。

在L5点勘探的基础上,未来能够在其共轭点,L4,日地体系的另一安稳的引力平衡点,放置一颗相同装备的卫星。也能够作为国际合作的想象,联合其他国家把L4、L5两点勘探一起做起来。L4–L5两点的一起观测,将形成对太阳和日地空间的三角测量,愈加准确的观测和盯梢太阳风暴。

日地空间气候监测网概念示意图。在L4和L5点一起各放置一颗卫星,形成对太阳和日地空间的三角测量。

一旦太阳风暴迸发,科学家能够运用L4–L5点三角测量,实时盯梢太阳风暴在整个日地空间的传达,实时确认传达方向、间隔和速度,然后实时的作出空间气候预告。就像地上气候中盯梢飓风相同。

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