太陽看起來溫暖平靜,但也可能隨機爆發出高能輻射,太陽風及日冕物質拋射會侵襲地球,給人類造成重大災難。
這是什麼原理?
嚴重程度如何?
能否進行預防呢?
太陽看起來像固體,它其實是熾熱的流體。高溫讓原子分裂為電子和原子核,以離子的形態相互流動,這些離子受太陽的磁場影響與太陽對行星引力作用類似。
磁場和引力不同,磁場是電磁二原力的一部分,電產生磁場,磁場也產生電。太陽裡帶電的質子和電子在流動中形成磁場,磁場接著影響粒子的流動,形成了一個封閉的反饋環。我們稱之為太陽發電機機制,這個機制讓太陽的磁場長期保持活躍,該磁場中存在大量能量並時刻釋放到太陽系當中。其中就有少量的太陽離子,例如太陽風,這樣宇宙也有了天氣。太陽的能量並非時刻穩定,隨著恆星內部離子的流動,磁場時刻都在發生偏折,這樣就會產生磁場角,裡面積累了大量的能量,一旦磁場角像彈簧一樣斷裂,太陽就釋放出太陽風,以及其他可怕的物質。這樣的太陽風暴有許多類型:
例如太陽耀斑——一波高能輻射
太陽風暴以光速在太陽系前進,橫掃太陽風中的質子,將這些質子加速成高速太陽質子風暴。另外還有日冕物質爆發,從恆星中剝離數億離子,這些離子以每小時900萬公裡速度在太陽系前進。當地球被這些怪物撞擊時,地表什麼都不會發生,但小規模的風暴都能損壞衛星,影響無線電通信,危害航天安全,可對地球上的人們無害。
地球的大氣層會吸收x射線來保護我們,日冕物質拋射中帶電的離子會被地球的磁場影響,能量粒子會分流到地球南北極,高能粒子被大氣吸收後,會產生美麗的極光。如地球上的天氣一樣,大多數情況下影響不大,但有時也有大風暴。
太陽也一樣,會爆發超級太陽風暴,每個世紀都會爆發一兩次超級風暴。如果它今天發生,我們首先會檢測到太陽耀斑增強,這是暴風雨之前的寧靜,這暴風雨就是日冕物質噴射攜帶巨量熾熱離子,可在一天內通過1.5億公裡的地日距離,到達時 它會強烈壓制地球的磁場,將能量傳遞至地球磁層。但也有可能更糟糕,如果日冕物質和地球正好處於合適角度,兩種磁場就會融合,因為在磁場雲通過地球時,它會將地磁場轉變為一條長長的尾巴,最終尾部儲存的能量會爆發,並爆發性地釋放至地球的方向,這時磁暴就產生了。
一百年前大家對磁暴毫不在意,磁暴對骨肉之軀幾乎沒有作用,但它對金屬機器的影響就很大。大家應該知道磁場會產生電流,21世紀的地球充滿了傳輸電力的電線,還有結構複雜的電器,日冕物質能在電網中產生電力,導致電力中斷,或徹底摧毀發電站,這已是前車之鑑。
1989年魁北克省就因太陽風暴,發生了停電,但因為工程師已經知道了應對方法,所以我們大多數人根本不會在意。歷史上較大的一次太陽風暴襲擊地球,還是在1859年,我們稱那次事件為「卡靈頓事件」,那是有史以來最強的太陽風暴,南至加勒比地區都有極光出現。在有些地區,極光強烈到讓人們誤以為是日出,幸好當時也僅有電報存在沒有造成太大的損失,但卻也讓不少操作員觸電、機器火星四射。
今天,我們科技產品多了不少,運氣可能也不會那麼好了。另一場太陽風暴遲早會發生,在2012年一場卡靈頓級的風暴,以非常小的誤差錯過了地球。研究顯示,一旦被其襲擊到地球,光美國的電力損失就將達到2.6萬億美金,需要4-10年時間來替換損壞的電力系統,其具體損失很難估計。專家們也意見不一,有些人覺得可能只是短期停電,另一些人認為後果不堪設想,這隻有事情發生了才能知道。
每12年,該事件發生的機率為12%,在接下來50年內發生機率高達50%。更令人不安的是,2019年一篇論文顯示,即使像太陽這樣的溫和恆星,幾千年內也會產生超級耀斑,產生有史以來最大太陽風暴。如果地球不幸被擊中,後果是災難性的,電力的重要性不言而喻。不僅僅是照明,還有電腦、通信、導航,長期停電會導致供應鏈斷裂,自來水停止,醫療體系癱瘓,超市斷貨、田野糧食腐爛,破損的電力系統很難修復,文明重啟很可能要幾十年時間。但這一切可能不會發生,雖然太陽風暴不可避免,我們卻可以避免其產生的副作用,科學家可以提前幾小時或幾天預測到太陽風暴,全世界的工程師也知道太陽風暴產生的後果。為應對太陽風暴,可以把電力系統下線,把電器都拔掉,也可以建立新線路分流電壓,就算風暴再強烈,其可防性也非常高,但我們必須時刻警惕,危險可控但確實存在。
太陽給我們帶來溫暖和光明,但有一天它也可能給我們送來「巨獸」!