本文參加百家號 #科學了不起# 天文航天系列徵文賽。
Hy Zaret和Lou Singer寫過一首歌，後來經They Might Be Giants樂隊的傳唱而流行，其中寫道：「太陽是一團熾熱發光的氣體，是一個巨大的核聚變熔爐。」對於現代科學來說，他們對太陽的歸類有些過於狹義了。到現在，我們還是不能完全了解太陽的複雜。
但我們知道的是，我們的太陽是一個由極度熾熱離子化的氣體混合而成的龐然大物。我們把這種氣體稱作為等離子體，這也是宇宙中物質存在的最普遍的狀態。形成這種氣體的原子溫度太高了，以至於它們甚至不能控制住周圍的電子。等離子氣體以電流的形式，伴著電子穿過太陽。
如果對電磁學有些了解，你就會知道，一束電流會創造一個電磁場，太陽也是這樣。太陽擁有環繞著的巨大的磁場，太陽的旋轉使其永久存在。
為了合成更複雜的物質，熾熱的物體必須膨脹。太陽就是一個這樣的熾熱物體。但太陽不僅體積巨大而去密度高，這就意味著它擁有強大的引力。太陽的重力抑制了它膨脹的趨勢，在重力和膨脹之間達到了平衡。
這些不同的力會引發太陽表面的劇烈活動。氣流會引發太陽磁力線的扭轉，同時也會阻止從太陽內部產生的高溫氣體上升到太陽表面，從而產生太陽黑子。相比之下太陽黑子比太陽表面的其他部分暗一些，同時也比周圍的溫度低一些。
磁場阻止熱氣上升，困在太陽黑子下方的熱氣也在給磁場施壓。這些氣流會把磁力線捲縮成緊密的螺旋，有時甚至會影響更多的磁場。偶爾這些緊密的磁力線會自己解開，沒有太多的連鎖反應，太陽黑子便漸漸褪去，熱氣也升上了太陽表面。但有時壓力不斷膨脹，被壓縮的磁場突然彈開，這就產生了太陽耀斑。
太陽耀斑和日冕物質拋射（CME）
一個太陽耀斑不僅僅是熱氣的爆發。太陽耀斑發射出的光橫跨了整個光譜，包括我們看不見的光——包括X射線和伽馬射線形式的輻射。這種射線對人類來說是危險的。幸運的是地球的大氣層吸收了大部分的高能射線。
這並不意味著每個人在太陽耀斑下都有絕對的安全。高海拔地區的人們，例如在飛機上的人，就有被暴露在太陽耀斑輻射下的危險性。短時間的照射可能會引發皮膚紅腫過敏，長時間的照射會增大患上皮膚癌的概率。但一般來說受影響的人們可以最終自行康復。
電器在高能射線下也很脆弱。如果高能射線擊中一個衛星，射線有能力剝離金屬原件中金屬的電子。一旦成為自由電子，它們可以短路衛星中的電子元件。電子也會產生磁場，這對衛星也是有害的。有些衛星擁有抗輻射的防護層，但大部分衛星依然很脆弱。
因為我們的大氣層吸收了大部分的危險輻射，地表系統還是比較安全的。但是另一種太陽活動，日冕物質拋射，可以使地表電子系統產生嚴重故障。當日冕物質拋射發生時，太陽電磁場的波動促使一大塊太陽表面的劇烈膨脹，向太空噴射出數以億萬計的粒子。有時日冕物質拋射伴隨著日冕，但不是所有的日冕都會產生日冕物質拋射，也不是所有的日冕物質拋射和日冕同時發生。
不同於日冕，日冕物質拋射並不會產生強烈的光，而是在太空中蔓延數十億英裡的電磁衝擊波。若是地球正巧在衝擊波的路徑上，我們的磁場會做出反應。這和一個弱的磁場和一個強的磁場並排很相像，較弱的磁場會自發的和強的磁場並列。強大的太陽磁場會重新排布地球的磁場，使其產生不可預測的移動。
日冕物質拋射的後果不僅僅是漂亮的極光。磁場波動會令指南針失效。同時因為磁場可以發電，所有的導體都是誘導物。一個強勁的日冕物質拋射可以與大型的導體感應生電。這可能使電路過載並引發問題。
下面我們會一起看看一場嚴重的日冕物質拋射帶來的後果。
燈光大秀
地球兩極附近的燈光大秀是日冕物質拋射對地球影響的直觀表現。亞原子粒子以不可思議的速度快速移動，引發氧氣與氮氣的電離。隨著大氣中的被激發的電子重新與原子結合，整個原子恢復成基態，伴隨著能量放出，地球上空便激發出五光十色的光芒。這主要發生在地球磁場線與行星磁極的交匯處。
和太陽一起摧殘電器
圖解：一場劇烈的太陽風暴可能會癱瘓一整個大陸的供電。
雖然單獨的太陽耀斑不足以對地球表面產生什麼影響，但強大的CME卻是另外一回事。其實嚴重的CME在歷史上是出現過的，但當時人類的電子技術並不發達，人類當時也不完全依靠電子設備，那次也就不如最近一次對人類的打擊大。
1859年，劇烈的CME引起了地球磁層（地球周圍的磁場）的巨大磁場波動。居住在古巴以南的人們目睹了北極光現象。指南針和電報系統癱瘓，當時的科學家和學者們對這起事件的原因議論紛紛。現在我們知道了原因就是CME。那次的太陽運動太過劇烈，以至於發展成了我們所謂的太陽能超級風暴。
如今，我們對電子電器的依賴程度遠遠高過1859年。若是類似於當年的太陽風暴再度襲來，我們必然會陷入災難。磁力會在任何大導體中產生電流，包括電力變壓器和電網本身。
壞消息還沒結束。北美電網已經接近滿載，已經無力承受更多來自於太陽風暴的負荷。電線與電網可能受損甚至徹底癱瘓。整個大洲都可能暴露在電力斷供的風險之下。磁力波動會進一步影響廣播信號，同時通訊系統以及衛星系統也會相繼崩潰。
修復工作可能長達數周或數月。在這段時間裡，大眾沒有辦法知道發生了什麼，搶險工作將面臨嚴峻挑戰。 雖然磁場可能不會使所有電子設備如手機或計算機短路，但通信系統依然不在工作。也就是說，小型的設備仍然可以工作，但缺乏可用的服務。
CME可能甚至會影響人們的的計算機並導致故障。在大多數情況下，僅僅需要重啟便可以解決問題，但隨著電網的損壞，你可以使用的電力僅僅是電池裡的電量。一旦用完了，你就會陷入困境。
沒有辦法阻止高能太陽風暴，但我們可以採取措施來限制CME的危害。 第一個是徹底檢修電網系統。我們需要一個智能電網，在其運行時不會像如今電網運行時的負荷如此靠近與最高負荷。 我們還需要開發屏蔽系統，以此儘可能地保護我們的電氣基礎設施免受磁波動的影響。
即使在最糟糕的情況下，高能太陽風暴也不會一句掃平全球所有的電氣系統。相對來說，一些地區仍然可以倖存下來。若要一舉癱瘓全球電力系統，所需要的太陽活動必然是在維度上與強度上都是史無前例的。 但即使在普通的CME下，看似是太陽的小打小鬧，地球仍然是脆弱不堪的。
參考資料
1.WJ百科全書
2.天文學名詞
3. A134340- howstuffworks
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