探索太阳风暴的奥秘

1859年，一场太阳耀斑引发了强烈的地磁暴，史称“卡林顿事件”。这场地磁暴的强度之大，导致电报线路中异常电流激增，引发大面积通信瘫痪，对全球的电报网络造成了前所未有的冲击，甚至引发多地电报局失火。此外，地磁暴还引发了壮观的极光现象。极光蔓延到地球的低纬度地区。在北美洲的落基山脉，极光将夜空照得如同白昼，当地金矿工人误以为天亮了，纷纷起身准备早餐。极光亮度之强，人们甚至能在夜空下读报纸。我国地方志《获鹿县志》也记录了当时的场景：“清咸丰九年（1859年）七月夜，红光起于西北，亘于东北，经三夜始散。” 这正是低纬度地区罕见的极光现象。

太阳风暴带来极光

极光是一种由太阳风暴引发的壮观自然现象。

极光多种多样，五彩缤纷，形态不一，有的像飘动的幕布，有的像舞动的火焰，有的则像在空中流动的游蛇。

当太阳风中的高能带电粒子闯入地球高层大气，通常，地球的磁场能抵挡这些带电粒子。但在南北极，由于磁场结构特殊，呈现开放的漏斗状，带电粒子通过这个“漏斗”，直接砸向极区的高层大气，大气中性分子或原子受到碰撞后以光的形式释放能量，最终形成极光。当然还有电离等其他一些物理过程也可能产生极光。极光的颜色和形态也与粒子碰撞的大气成分有关，常见的颜色有绿色、红色和紫色。

什么是太阳风暴？

“太阳风暴”其实并非一个科技术语，而是太阳爆发活动及其引起的近地扰动的一种通俗、形象的说法。太阳爆发活动是太阳风暴的起源，它常常表现为耀斑和日冕物质抛射两种现象。耀斑是太阳电磁辐射突然增强的一种表现，而日冕物质抛射则是指太阳上一团带有磁场的等离子体脱离太阳束缚，向外抛出的现象。太阳风暴的“攻击”通常分为三轮。

第一轮耀斑爆发时增强的地磁辐射以光速到达地球空间，时间只需约8分钟，它主要对电离层产生扰动，干扰短波通信环境。

第二轮几十分钟后到达地球空间的高能带电粒子，一方面引起极区电离层电子密度增加，产生电波极盖吸收事件；另一方面它会直接轰击航天器，给航天器带来辐射损伤等多种影响。

第三轮日冕物质抛射的快速等离子体云，需要大约1～4天的时间才能到达地球。它首先与地球的磁层发生相互作用，引起地球磁场变化，产生地磁暴，对卫星运行、导航通信和地面系统产生一系列影响。

壮丽的极光现象通常就由太阳风暴的第二、三轮攻击引发。

太阳风暴的特点

科学家通过对太阳活动和近地空间环境的检测和研究，逐渐了解到太阳风暴具有周期性、突发性和地域性等特点。

突发性

相对于人类目前的认识水平，太阳风暴的发生具有很强的随机性和突发性。但人类可以通过对太阳活动和地球空间环境的监测来分析预测太阳爆发引起的地球空间环境扰动的发生和发展。

周期性

太阳活动水平具有11年左右的周期变化特征，有太阳活动高年和低年之分。太阳活动高年期间，爆发频率和强度显著增加。

地域性

太阳风暴对不同地理位置的影响不一，地球不同区域的响应因磁场强弱和太阳直射区域不同而有所差异。

太阳风暴的消极影响

损害卫星和航天器

太阳爆发所喷射的高能带电粒子到达地球附近后，使在轨卫星遭遇的高能带电粒子急剧增加。这些高能带电粒子具有极高的能量，能穿透卫星外壳，给卫星平台和携带的有效载荷带来多种辐射效应。它们可能引起微电子器件逻辑错误，造成程序混乱，严重时可能造成器件内部短路、击穿；也可能引起材料性能衰退，成像系统噪声增加，太阳能电池效率降低。同时，高能带电粒子还可能对宇航员造成辐射伤害。

2000年，发生在法国的巴士底太阳风暴，使多颗卫星发生故障，一颗卫星失效。2003年的万圣节太阳风暴期间，地球观测卫星GOES-13的太阳能电池板因为高能粒子的撞击而损坏，影响其正常运行。

通信干扰

太阳风暴常常会引起电离层的分层结构混乱，干扰无线电通信。2006年12月初连续爆发的太阳耀斑对我国的短波无线电信号传播造成严重影响，短波通信、广播等电子信息系统发生大面积中断或受到较长时间的严重干扰——12月13日北京时间10时40分前后，太阳又爆发一次大耀斑，广州、海南、重庆等地的电波观测站的短波探测信号从10时20分左右起发生全波段中断，直至11时15分以后才逐步出现信号，13时30分以后基本恢复正常。

破坏电力系统

当太阳风暴来袭时，不仅电力系统本身可能遭到重创，所有依赖电力的应用系统都将不堪一击。1989年3月的强太阳风暴曾使加拿大魁北克地区在寒冷的冬夜停电 9小时，引起了国际社会的震惊和对太阳风暴的广泛关注。正是由于太阳风暴存在诸多危害，而且威力远远超过人类制造的任何武器，有科学家形象地将它称为来自自然界的“太空武器”。

监测太阳风暴

为了更好地应对和预测太阳风暴，人类采取了多种监测手段，比如磁场探测、电场探测、无线电波探测、光学探测、宇宙线探测等。下面给大家介绍两个目前世界上非常先进的太阳监测设备。

（1）圆环阵太阳射电成像望远镜

圆环阵太阳射电成像望远镜，架设在四川省稻城县，由313台直径6米的天线构成，每一台天线像一把撑开的伞，它们均匀分布在直径1千米的圆环上，圆环的中心是一根100米高的定标塔，状如一颗巨大的“千眼天珠”。它是国家重大科技基础设施空间环境地基综合监测网（子午工程二期）的标志性设备，也是目前全球规模最大的综合孔径射电望远镜。

世界首创的圆环阵列构型和中心定标总体方案，实现了实时高分辨率“射电相机”功能。圆环阵太阳射电成像望远镜还可以与太阳探测卫星实现“天地配合”，对太阳进行多个波段的综合观测，极大地提高了科学家们太阳观测和空间天气预报的能力。

（2）“羲和号”卫星

为了更好地理解和预测太阳风暴，科学家们发射了专门的监测卫星。以中国的“羲和号”卫星为例，这颗卫星于2021年发射，运行在距离地球约100千米的太阳同步轨道上。它装备了先进的太阳监测仪器，可以实时观测太阳活动，帮助科学家们研究太阳风暴的形成和演变过程。

2010年，美国国家航天航空管理局（简称NASA）发现地球外部的磁气圈正在变薄。地球外部磁气圈就像一个围绕地球的巨大肥皂泡，作用是保护地球不受来自太阳等天体的强烈辐射。据NASA预测，2013年地球可能遭遇强烈太阳风暴，届时全球范围内的大规模停电和通信失效会接踵而来。在一起由科学家、政府官员和政策研究员共同参与的太空大气高峰论坛上，科学家表明了太阳将在 2013年从沉睡中苏醒，进入活跃期。此后，出于对太阳风暴可能带来的灾难性后果的担忧，全球科学界开始密切监测太阳活动，各个国家也对各自的人造卫星做了安全预案，以尽可能减少太阳风暴给卫星带来的损害。

2013年7月22日，科学家担忧的事情终于发生，太阳喷发出的日冕物质以超过8800马赫的速度向地球狂奔而来。幸运的是，地球刚好和这次日冕物质抛射擦肩而过，如果爆发事件提前9天，地球就会和剧烈的日冕物质抛射正面相撞。国际空间研究委员会表示，如果这一切真的发生了，那么由此引发的超级地磁暴造成的损失将高达数万亿美元，全世界需要4～10年才能从这次灾难中恢复。

这一灾难，地球侥幸躲过了！面对随时可能击垮电网、影响通信、损坏卫星，造成数万亿元损失的太阳风暴，我们不能把全人类的命运拿来赌，所以对太阳风暴的监测、预警和研究就显得尤为必要。