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移动世界。
太阳风暴

铅图像©NASA / SDO

1859年,一个星期四的晚上,在北美,深红色的光柱开始在黑暗的地平线上蔓延。这些极光遍布世界各地,从中国到古巴,无线电和电报系统噼啪作响,集体停止工作。成千上万的人走上街头观看血红色的天空,一些人派出消防车去扑灭一定会使夜晚起火的大火,而另一些人则在祈祷,担心末日的到来。

但是来源既不是尘世也不是神圣的。现在被称为Carrington活动,这个星球被超太阳风暴击中 - 基本上是血浆云,气体,高能量颗粒从太阳的表面中喷射。而这样的风暴会再次发生。科学家估计在未来10年内,在未来10年内击中地球的10%的机会 - 或者为我们中的乐观主义者提供另一种方式,它不会有90%的几率。

无论如何,在今天这个超连接的世界里,我们面临的技术风险比电报线路要大得多。根据2016年研究据欧洲航天局称,太阳地磁风暴可能会导致从航空到电力系统等各个行业的损失,仅在欧洲就高达150亿欧元。

减少这种损害的一种方法是使用卫星监视太阳活动,让我们有时间为即将到来的任何太阳活动做好准备。目前的监测卫星已经在轨道上运行了20多年,可以提供大约15小时的预警。

现在,欧洲航天局(ESA)新近资助了一项卫星任务,名为theL5拉格朗日任务欧洲航天局太空天气办公室主任朱哈-佩卡·伦塔马说,这种方法可以帮助我们提前一天或更久预测太阳活动。

能够准确监测太阳天气事件是至关重要的,因为每一种事件都是独一无二的,其后果也是独一无二的。

这一改进的时间归功于L5任务的空间位置。

现有的太空气象卫星位于太阳和地球之间的直线L1点,而新卫星将被放置在这条直线之外的L5点,这是观测太阳风暴的更好的有利位置。Luntama说,你可以把它想象成棒球,太阳风暴是进入的球。如果你是接球手,要想判断球场的速度和位置比你坐在一边,拿着测速枪看比赛要困难得多。

地球轨道上拉格朗日点的图解。目前的太阳气象卫星位于太阳和地球之间的直线L1点上。这颗新卫星将被放置在这条线的后面,位于地球轨道后面的L5点,这是观测太阳风暴的更好的有利位置。

地球轨道上拉格朗日点的图解。目前的太阳气象卫星位于太阳和地球之间的直线L1点上。这颗新卫星将被放置在这条线的后面,位于地球轨道后面的L5点,这是观测太阳风暴的更好的有利位置。来源:美国国家航空航天局

拉格朗日任务还将将卫星150万公里远离地球,比L1位置的卫星更远的100倍。“这是第一次拥有任何人正在建立运营的深空的使命,”Luntama说。“只需将数据发送到该距离是挑战性的。”

他说,为了收到不间断的数据流,空间机构需要对巨大的天线,直径至少35米,在世界各地的地铁站中,需要一致地访问巨大的天线。虽然ESA的接收网络可以在理论上处理工作,但其他几个任务需要这些菜肴,这就是原子能机构希望与他人相同地与他人合作的原因,例如美国宇航局和日本的JAXA,以收集数据。Luntama说,国际合作常常在特派团中扮演马赛来保护地球。

能够准确监测太阳天气事件是至关重要的,因为每一种事件都是独一无二的,其后果也是独一无二的。这些太阳扰动来自太阳磁场的变化,它们有三种一般形式,可以单独发生,也可以同时发生。

太阳地磁暴可以暂时改变地球的磁场。

第一个是太阳耀斑。如果你有合适的设备和时机,这种太阳表面的闪光可以在地球上看到;这是业余天文学家理查德·卡灵顿和理查德·霍德森在1859年观测到的现象。太阳耀斑向我们的大气层喷射大量的电磁辐射,使上层电离。这种电离作用使得无线电信号很难穿过大气层,从而对GPS卫星接收器等造成干扰。

太阳可能带来的第二个惊喜是高能质子和电子的爆炸。虽然这些高能粒子大多会被大气层捕获,但卫星上的电子设备——包括从L1位置监测太阳的电子设备——可能会受到损坏,可能是暂时的,也可能是永久性的,这取决于具体情况。这些烦人的粒子也会影响太阳能电池板,随着时间的推移会使电池板退化。

但对我们日常生活影响最大的事件是日冕物质抛射(CME)。在这种情况下,太阳表面的一次爆炸将一大块太阳等离子体以每秒3000公里的速度喷射到太空中。

这云 - 太阳能地磁风暴,可以跨越数亿公里宽,并且在与地球碰撞时,甚至可以暂时改变行星的磁场。

需要澄清的是,地面上的人类生活,以及我们亲爱的个人电子设备,如电话和笔记本电脑,永远不会受到太阳风暴的威胁,Luntama说(补充说他经常听到这个问题)。

太阳风暴造成的潜在问题的图表。图片©ESA/科学办公室。

太阳风暴造成的潜在问题的图表。图片©ESA/科学办公室。

一个效果风暴可能具有航空中使用的高频无线电通信。虽然中断可能会妨碍飞行业务,但行业在Luntama说,如果更慢地,该行业就可以安全地继续进行冗余,这表明条件可能就像你在恶劣天气条件下可能期望的那样。

他表示:“由于机场不能像往常那样有效地安排起飞和降落,将会出现延误,可能会取消航班。”

另一个需要监测的小问题是飞行在两极附近的宇航员和机组人员受到的辐射增加,在那里辐射会渗入高层大气。普通商业航班乘客在太阳风暴期间可能遭受的辐射量并不危险,但多次飞行的机组人员可能需要小心,不要超过每年建议的辐射水平。

太阳风暴对电网构成的最大威胁。地磁风暴可以将额外的电流直接输送到电力系统中,使电网过载,并破坏关键的房屋大小的变压器,这些变压器价格昂贵,而且难以更换。

太阳风暴对电网构成的最大威胁。地磁风暴可以将额外的电流直接输送到电力系统

Luntama建议,在得到事先通知的情况下,电力公司可以降低电网负荷,或者完全关闭电网,这是一种成本高昂但具有保护性的措施。这就是额外的半天预警时间至关重要的地方。Luntama说,你不能仅仅通过一个开关就关闭整个电网。这些系统必须在几天的时间里小心地倾斜下来。

应急准备伙伴关系公司(emergency Preparedness Partnerships)的艾琳•昂格尔(Eileen Unger)表示,在任何紧急情况下,无论是飓风还是太阳风暴,公用事业公司都有业务连续性计划。该公司总部位于新泽西州,帮助企业编写和实施此类计划。

这些计划为计算机系统和通信等方面的损失做好了准备,包括如何恢复到纸质记录,或需要多少员工亲自向客户更新信息。昂格尔说,在最坏的情况下,如果所有的沟通方式都失灵了,公司可能会指定一个地点让员工见面,并接受进一步的指示。

Luntama为个人公民说,为太阳风暴做准备最好的事情是了解他们的影响而不是恐慌。

最终,尽量减少太阳风暴造成的损害的关键是长期规划,Luntama说,并确保世界各国政府正在投资监测能力。他说,太阳风暴是整个行星脆弱的威胁之一。“作为人类,我们需要认真对待这一点。”

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