我们应该对太阳耀斑和太空天气有多担心？

太阳中心的热核反应产生大量能量，因此太阳散发着滚烫的热量。日复一日，这些能量让地球变得宜居。但有时，太阳耀斑会爆发，将高能粒子以最高速度射入太空。如果我们的星球处于辐射路径上，它就会对我们的生活造成严重破坏。

这些辐射爆炸构成了所谓的“太空天气”。它与陆地天气一样具有破坏性，尽管可能不像新闻标题所警告的那样频繁。

“我们的恒星实际​​上是一个巨大的热核熔炉。在它的中心，温度在 1500 万到 1700 万摄氏度之间，大约 6 亿吨氢聚变成 5.96 亿吨氦，”美国宇航局太阳物理部门项目科学家、“与恒星共存”计划首席项目科学家 Madhulika Guhathakurta 说道，该计划研究日地系统如何影响人类生活和社会。每一秒，这 400 万吨消失的氦都会转化为能量——也就是我们所看到的阳光。但“即使这种非常不稳定的控制活动发生轻微变化，也会对地球产生严重影响，”她解释道。

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虽然这种后果很少见，但依赖电力和无线网络的卫星和技术尤其容易受到影响。1989 年，一场由强烈太阳耀斑引发的地磁风暴引发了加拿大全境大停电，导致六百万人停电九小时。2000 年，一次太阳喷发导致一些卫星短路，并导致无线电中断。2003 年，一系列太阳喷发导致停电，并扰乱了航空旅行和卫星系统。2022 年 2 月，一场地磁风暴摧毁了至少 40 颗正在部署的 Starlink 卫星，导致 SpaceX 损失超过 5000 万美元。

太阳耀斑和太阳风暴到底是什么？

一般来说，“太阳风暴”一词描述的是太阳强烈的能量喷发射向太空并与地球相互作用。带电粒子不断从太阳流向太空，形成所谓的太阳风。但更严重的喷发可能源自太阳耀斑，通常来自暂时黑暗的斑块，称为太阳黑子，以及强烈的爆炸，称为日冕物质抛射。这种活动的任何变化都可能导致极光。

太阳耀斑本质上是闪光。当太阳表面突出的强太阳磁场突然爆发时，就会发生这种现象，以极高的速度释放出大量电磁辐射。古哈塔库塔解释说，当这些辐射撞击地球时，它会将能量注入地球的电离层，即大气层的最上层。她说，来自太阳的极端紫外线辐射会使地球电离层中的粒子极化，这可能会对附近的任何其他带电粒子产生连锁效应——这意味着任何使用电的东西都处于危险之中。

而且，太阳耀斑的传播速度是光速，NASA 太阳物理部门空间天气研究项目负责人 Jesse Woodroffe 说道。这使得预测和预防太阳耀斑变得困难。“没有办法比太阳耀斑更快地向地球发送信号，太阳耀斑的传播速度已经达到光速，”他指出。“所以你必须预测耀斑本身是否会发生。这是一个具有挑战性的科学问题，我们还没有解决。”

太阳耀斑是强烈的辐射爆发，而日冕物质抛射则是能量粒子的爆炸。因此，它们的传播速度要慢一些。当太阳外层大气（日冕）的大部分爆炸时，就会发生日冕物质抛射，将过热的气体送入太空。伍德罗夫补充道：“这些大团太阳物质以极高的速度被抛射出去，速度高达每秒数百公里，但比光速慢得多。”他说，这些物质可能需要半天到三天才能到达地球。

如何预报太空天气

预测太空天气与预测陆地天气不太一样。两者最大的区别在于：在地球上，气象学家可以进行数百万次测量，并将其整合到预测模型中。伍德罗夫说，在太空中，科学家可以放置仪器观察太阳活动的地方只有几个。

“我们对太阳和地球之间发生的事情没有很好的了解，”他解释道。“因为轨道上的卫星在移动，所以很少有地方可以放置可靠的设备，只是坐在那里观察。”拉格朗日点是地球和太阳之间罕见的点，两个物体的引力在此均匀地拉动卫星，使其固定在原地。伍德罗夫说，NASA 在那里放置了“最重要的太空天气监测器”，其中包括与欧洲航天局 (ESA) 的合资企业。ESA 正在开发另一项名为 Vigil 的任务，旨在本世纪末将一艘航天器放置在靠近太阳的拉格朗日点。与此同时，NASA 的太阳动力学观测站正在绕地球运行的同时研究太阳。

伍德罗夫解释说，科学家利用相机和传感器监测太阳表面亮度的变化。亮度激增可能只出现几帧，而且只持续几秒钟。

美国宇航局与美国国家海洋和大气管理局共享其太阳观测站的数据，后者根据可能性和地磁强度提供地磁风暴警告和监测的概率预报。根据太阳风暴的移动速度，他们可以在太空天气触及地球前几天或几个小时发出警告。

伍德罗夫表示，最终目标是改进太空天气预报，使其与飓风预报相媲美。他那些专注于地球研究的同事可以通过运行不同的模型来预测飓风可能去往何处，并在高置信度范围内产生一系列结果，他说。“我们正在为太空天气开发这类能力。”

我们是否看到了更多的太阳耀斑？

那么，让我们回到那些有关太阳耀斑的末日新闻头条。太阳真的变得越来越凶猛，并且每周都在威胁着现代社会的崩溃吗？

古哈塔库塔说，太空天气活动最近没有变化，但人类已经发生了变化。在过去的一个世纪里，人们越来越依赖电子产品，任何有“开关”的东西都容易受到太阳风暴的影响，她说。

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当这些能量粒子从太阳涌向地球时，它们会扰乱地球磁场，“造成电磁波动和电压波动，这些波动会渗透到地下，导致电网波动，”古哈塔库塔说。随着人们越来越依赖 GPS 等轨道卫星系统，我们的电子设备更容易受到太阳辐射的侵袭。

为了减轻停电和仪器被太阳风暴损坏的风险，科技公司可以在其设备中构建备用电源系统和其他冗余系统，并在 NOAA 的空间天气预报系统发出高风险信号时策略性地关闭它们。

“人类文明已经从地球延伸到日光层，也就是太阳的领域，”古哈塔库塔说。“我们不再只是观察一个超出我们能力范围的环境，而是实际生活在那里，在那里做生意，在那里旅行。因此，我们必须真正获得发展和居住在这个新世界所需的理解水平。”

更正（2022 年 8 月 2 日）：本文已更新，以澄清 NASA 太阳动力学观测站的位置，该观测站不在拉格朗日点。该观测站位于地球同步轨道上。

这个故事已更新。它最初于 2022 年 7 月 31 日发布。