太陽的“暴脾氣”，威力幾何？

太陽是地球上生命能量的源泉，總是溫和地給予我們光和熱，但偶爾也會(huì)展現(xiàn)出令人敬畏的“暴脾氣”。太陽的“暴脾氣”是指太陽上劇烈的爆發(fā)活動(dòng)，即太陽風(fēng)暴，包括太陽耀斑、日冕物質(zhì)拋射以及太陽質(zhì)子事件等現(xiàn)象。

“暴脾氣”的影響

太陽耀斑爆發(fā)時(shí)，通常伴隨太陽質(zhì)子事件和日冕物質(zhì)拋射。這些現(xiàn)象會(huì)引發(fā)地球磁場(chǎng)擾動(dòng)甚至地磁暴，并對(duì)地球電離層產(chǎn)生擾動(dòng)，從而影響導(dǎo)航定位、航空通信、短波通信、長距離輸電網(wǎng)和輸油管線等；大量的高能粒子可能會(huì)毀壞地球附近的人造衛(wèi)星載荷甚至衛(wèi)星本身，威脅航天員的生命安全；地磁暴還會(huì)引發(fā)中高層大氣密度增加，影響衛(wèi)星發(fā)射活動(dòng)和衛(wèi)星運(yùn)行。

2022年2月，美國發(fā)射的49顆星鏈中有38顆因地磁暴未能按計(jì)劃入軌。2024年10月，國泰航空從紐約飛往香港的CX831航班因原定飛行路線受地磁暴干擾，不得不更改航線以保障安全。

極端太陽風(fēng)暴

極端太陽風(fēng)暴是指罕見的超級(jí)太陽爆發(fā)事件，這些事件具有極強(qiáng)的對(duì)地影響，可能會(huì)對(duì)衛(wèi)星通信、電力系統(tǒng)、導(dǎo)航設(shè)備等高科技設(shè)施造成毀滅性打擊，甚至引發(fā)全球性技術(shù)災(zāi)難。歷史上，極端太陽風(fēng)暴曾多次給地球帶來麻煩。

卡林頓事件

1859年9月1日，人類第一次觀測(cè)到太陽耀斑，這也是歷史上最強(qiáng)的太陽耀斑。大約17.5小時(shí)后，當(dāng)時(shí)世界上屬于“最高技術(shù)”的電報(bào)通信系統(tǒng)被破壞，部分電報(bào)機(jī)雖已斷電，但仍然繼續(xù)發(fā)送和接收信息，一些電報(bào)紙甚至發(fā)生自燃。

這次太陽風(fēng)暴引發(fā)的極光在美洲、歐洲、亞洲和澳大利亞都可以被觀測(cè)到，甚至在緯度非常低的夏威夷、加勒比海和智利圣地亞哥都能看到極其絢爛的極光。據(jù)報(bào)道，當(dāng)天午夜后，美國落基山地區(qū)的露營者突然被極光驚醒，一些人甚至以為天亮了開始準(zhǔn)備早餐。美國東北部的部分居民半夜醒來，發(fā)現(xiàn)他們竟然可以借著極光閱讀。

加拿大魁北克事件

1989年3月10日，太陽活動(dòng)區(qū)AR5395爆發(fā)X4.5級(jí)耀斑及日冕物質(zhì)拋射并于13日到達(dá)地球，引發(fā)超級(jí)地磁暴。此次太陽風(fēng)暴引發(fā)的極光，南擴(kuò)至美國的佛羅里達(dá)州和墨西哥的猶加敦半島。

但它造成的災(zāi)害更嚴(yán)重：加拿大魁北克電網(wǎng)的變壓器因感應(yīng)電流過大被燒毀，整個(gè)電網(wǎng)90秒內(nèi)全部癱瘓，電力輸送中斷，600萬居民停電9小時(shí)以上。電力公司僅電力損失就達(dá)2000萬千瓦，直接經(jīng)濟(jì)損失約5億美元，而帶給用戶的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)10億美元。同時(shí)，瑞典南部和中部的輸電線路、美國新澤西州核電站及日本東京電網(wǎng)也遭到不同程度破壞。

太空設(shè)備同樣遭殃：美國GOES-7衛(wèi)星一段時(shí)間內(nèi)失去控制，通信線路異常，圖像丟失，太陽能電池?fù)p失了約一半的能源，致使壽命縮短。SMM衛(wèi)星軌道下降了約3千米，導(dǎo)致壽命縮短，最終于同年12月墜毀。CS-3b衛(wèi)星異常，搭載的備用命令電路損壞。此外，美國和澳大利亞無數(shù)民用或軍用短波通信被中斷，澳大利亞輸油管道被腐蝕，大西洋和太平洋的海底電纜出現(xiàn)了高壓脈沖。

法國巴士底事件

2000年7月14日（法國“巴士底日”），太陽活動(dòng)區(qū)AR 9077爆發(fā)X5.7級(jí)耀斑并伴隨太陽高能質(zhì)子事件和日冕物質(zhì)拋射。約32小時(shí)后，該日冕物質(zhì)拋射抵達(dá)地球，引發(fā)了強(qiáng)地磁暴。

此次太陽風(fēng)暴對(duì)航天、航空、通信以及地面技術(shù)系統(tǒng)都造成了嚴(yán)重影響。多顆科學(xué)衛(wèi)星受損，圖像質(zhì)量嚴(yán)重下降；GOES-8和GOES-10衛(wèi)星丟失了2天的數(shù)據(jù)，太陽能電池陣也出現(xiàn)故障；國際空間站軌道高度下降約15千米；美國GPS衛(wèi)星導(dǎo)航故障增加，美國東海岸電力網(wǎng)的一些變壓器受到損壞；地磁暴引起大氣密度增加，導(dǎo)致日本ASCA衛(wèi)星軌道下降，衛(wèi)星姿態(tài)失控，高能帶電粒子的轟擊使太陽能電池陣出現(xiàn)故障，衛(wèi)星失去電力供應(yīng)，最終丟失；電離層的強(qiáng)烈擾動(dòng)引起短波通信中斷……

萬圣節(jié)事件

2003年10月26日至11月4日期間，太陽爆發(fā)一系列強(qiáng)耀斑并伴隨太陽高能質(zhì)子事件和日冕物質(zhì)拋射，其中耀斑最強(qiáng)達(dá)X28級(jí)（已達(dá)到探測(cè)器飽和值，真實(shí)級(jí)別高于X28級(jí)），因與萬圣節(jié)時(shí)間重合而得名。太陽風(fēng)暴到達(dá)地球后引發(fā)多次強(qiáng)烈的地磁暴。

此次太陽風(fēng)暴致使多顆科學(xué)衛(wèi)星和通信衛(wèi)星受到嚴(yán)重干擾或損壞，日本“回聲”衛(wèi)星失控，另外多顆衛(wèi)星進(jìn)入安全模式、自動(dòng)重啟或者觀測(cè)中斷；火星探測(cè)衛(wèi)星Odyssey飛船上的MARIE觀測(cè)設(shè)備被徹底毀壞，成為首個(gè)因太陽風(fēng)暴而報(bào)廢的地外空間設(shè)施。

強(qiáng)烈的地磁暴導(dǎo)致全球范圍內(nèi)的短波通信中斷，GPS定位精度大幅下降；歐洲和美國電網(wǎng)受到影響，其中瑞典部分地區(qū)電力供應(yīng)中斷，美國新澤西州的核電站降低功率運(yùn)行；大量航班中斷或延誤，部分航班被迫降低飛行高度以減少輻射風(fēng)險(xiǎn)；美國阿拉斯加的石油和天然氣開采活動(dòng)也被迫中斷；低緯度地區(qū)的美國得克薩斯州和佛羅里達(dá)州等地上演極光盛宴。

2024年5月特大地磁暴

2024年5月，太陽表面出現(xiàn)超級(jí)活動(dòng)區(qū)AR13664，其線性尺度相當(dāng)于15個(gè)地球。5月8日，該活動(dòng)區(qū)開始活躍并不斷爆發(fā)強(qiáng)耀斑，其中8～9日爆發(fā)一系列X級(jí)和M級(jí)耀斑并伴隨全暈日冕物質(zhì)拋射，10～11日多個(gè)日冕物質(zhì)拋射先后到達(dá)地球附近引發(fā)特大地磁暴，這是自2003年11月以來最強(qiáng)地磁暴。

受地磁暴影響，中國空間站、國際空間站的軌道高度都出現(xiàn)不同程度的下降，全球約5000枚人造航天器主動(dòng)變軌和機(jī)動(dòng)提升軌道高度，以抵消地磁暴所造成的軌道拖曳效應(yīng)，防止被“拖曳下落”。地磁暴發(fā)生的同時(shí)，極光“盛宴”在中國新疆、內(nèi)蒙古、甘肅、黑龍江甚至北京等多地上演。

空間天氣預(yù)報(bào)

空間天氣是傳統(tǒng)天氣的自然拓展，涉及從地球上空幾十千米至太陽表面的廣闊區(qū)域?？臻g天氣預(yù)報(bào)指利用已有的空間天氣演化規(guī)律，采取模式預(yù)報(bào)和經(jīng)驗(yàn)預(yù)報(bào)等方法，全面分析空間天氣觀測(cè)資料，對(duì)未來一段時(shí)間內(nèi)的太陽活動(dòng)、行星際空間、磁層、電離層、中高層大氣以及空間天氣效應(yīng)等空間環(huán)境要素的未來狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

降低極端太陽風(fēng)暴影響，最好的辦法是進(jìn)行準(zhǔn)確的空間天氣監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)，并將預(yù)警和預(yù)報(bào)信息及時(shí)送達(dá)相關(guān)行業(yè)。目前，準(zhǔn)確進(jìn)行空間天氣預(yù)報(bào)還比較困難，未來我們?nèi)孕枥^續(xù)努力！

（責(zé)任編輯 / 李銀慧" 王佳璇" 美術(shù)編輯 / 徐博宇）