如果發生嚴重太陽爆發我們會安然無恙嗎？

新浪科技訊 北京時間9月28日消息，據英國廣播公司(BBC)網站報導，這原本可能只是一個普普通通的夏日夜晚。但在1859年8月29日晚上8點，美國新奧爾良地區的居民們意識到一定發生了什麼不尋常的事情。整個夜空都在閃爍綠色光芒，火星四濺，彷彿下起了火雨。

很快，這夜空中的“火焰”轉變為一種血紅的色，照亮了街道，房屋和人們驚恐的臉。那個夜晚，東到夏威夷，西至倫敦的人們都目睹了夜空中這不可思議的一幕。

有些人認為這是上帝的旨意，或是饑荒即將來臨或是一場革命即將發生的預兆。而那些稍具科學頭腦的人們則猜想這種情況或許與天氣現象有關，或許這與寒潮活動有關。

卡靈頓事件

事實上，這的確是天氣，但這是另外一種天氣——空間天氣。就在大約17小時之前，一名英格蘭天文學家理查德·卡靈頓(Richard Carrington)正在描繪日面黑子圖，突然間他注意到日面上出現了一次明顯的閃光過程，但很快就消失了。

卡靈頓意識到這件事非同尋常，並且這兩件事情在時間上非常巧合。但在一開始他對於將這兩個事件聯繫在一起仍然感到猶豫——一場由太陽發出的風暴所驅動的太空光電秀？畢竟這樣的想法怎麼都太不可思議了！

但在經過反復考慮后，卡靈頓仍然決定將這兩次事件聯繫到一起，並且在多年之后證明，他這樣做是正確的。我們傾向於把太陽看做是一個永恆的宇宙燈塔，日復一日，一個世紀接一個世紀平穩地為我們提供光熱。而卡靈頓意識到，太陽的真實情況可能要比我們原先想象的要狂暴的多。

引發這場照亮夜空事件的元兇是太陽上發生的一次劇烈爆發，其釋放的能量相當於100億顆原子彈當量。在我們太陽系中，這是近500年來最為劇烈的一次爆發事件。現在，這一事件被稱作“卡靈頓事件”，這是一次極為極端的空間天氣事件，所謂“空間天氣”主要是指由於太陽活動造成了空間環境變化情況。太空是一個充滿敵意的地方，一個電磁風暴，太陽風，電子流，等離子雲和劇烈輻射肆虐的世界。

根據英國政府在2015年7月發表的最新報告，如果當前再次發生一次“卡靈頓事件”，那麼它將可能引發災難性的混亂。我們的衛星通訊將可能中斷，GPS導航失效並引發全球性的大斷電，並且可能持續一年以上的時間。我們將不再能夠收聽廣播，觀看電視，沒有手機信號，沒有互聯網，所有插電使用的電器都將失效。

火車將會停運，路燈全部熄滅。由於沒有GPS導航，航班將全部停運，並且因為人類社會的大部分資金都是以電子數據的形式存儲在銀行資料庫中，因此我們的錢也將所剩無幾。一句話，這樣的災難將會摧毀人類社會，造成數萬億美元的巨大損失。

太陽每天的日常變化不會造成嚴重的問題，這是因為地球擁有可以保衛自身的磁場。你或許感受不到地球磁場的存在，但如果沒有地球磁場，你將不能存活。我們用美國宇航員克里斯·哈特菲爾德(Chris Hadfield)的話來舉一個例子。克里斯在2012年至2013年期間在國際空間站上度過了145天，並且在所有醒的時間裏都非常忙碌的開展各項工作。他：“在太空中，如果你閉上眼睛然后等待，你几乎肯定會時不時看到一道閃光。”

每一次這樣的閃光都是宇宙射線造成的，這是宇宙深處的高能粒子，這些粒子穿透國際空間站的艙壁並直接撞擊你的視網膜，並在你的大腦中激發一次閃光的信號。

哈特菲爾德表示：“這些宇宙射線可能來自太陽，也可能來自宇宙中其他的恆星。這些粒子流穿越了廣袤的時空，而你實際上用你自己的視覺系統直接‘看到’了這種輻射。”

由於太陽比任何其他恆星都更加靠近我們，相比其他恆星，太陽對我們造成的影響就要大得多。

耀斑與日冕物質拋射

在學校裏，我們被教育太陽是一個氣體球，但嚴格來這種法不正確。實際上，太陽是由等離子體組成的：由於溫度極高，組成太陽的氣體原子已經完全電離，成為帶電粒子。

聽到等離子體的法似乎會讓很多人覺得非常陌生，但實際上並非如此。我們家裏用的熒光燈燈管中和等離子電視中都存在這種物質，唯一不同的是相比之下，太陽表面的溫度要高得多，超過5500攝氏度。在一個平靜的白天裏，這些具有破壞性的的“蒸汽”從太陽表面向四面八方發出，一直向前抵達海王星軌道之外——超過日地距離的100倍以上。

但在某些時候，太陽也會顯出它狂暴的一面。和地球一樣，太陽也有自己的磁場。太陽磁場也和地球一樣擁有南北磁極，在兩極之間由磁感相互連接。

隨太陽自轉，組成太陽的等離子體物質同樣會隨之運動，而由於太陽並非一個固體球，其不同緯度上的自轉速度存在差異，而轉動速度較大的赤道地區就有可能造成磁感的扭曲纏繞。在太陽黑子發生的區域，磁感的扭曲纏繞達到極限，以至於堆積突破日面，在此過程中將一股等離子體物質也向上帶起。而有些時候磁感被繃緊到極限，隨后發生突然的斷裂。此時就會發生耀斑現象。耀斑是太陽系內最為劇烈的爆發現象之一，發生在太陽大氣層中的這種爆發事件會釋放出強烈輻射。這種輻射以光速傳播，只需8分鐘便可抵達地球，而這正是卡靈頓當時在日面上所看到的的那道強烈閃光。

緊接太陽上又發生了第二次爆發事件：一次日冕物質拋射(CME)，簡單就是一股包含數十億噸等離子體物質的強烈粒子流。在一次CME爆發事件中，粒子流將需要數小時時間才能掙脫太陽表面，而一旦掙脫，它將以每小時700萬英裏(約合1126萬公里)的速度高速前進。在1859年的那次事件中，這股強大的帶電粒子流只用了大約17小時便抵達了地球。

所有這些爆發事件都有可能會對地球生顯著影響。但在此之前我們必須先澄清一件事：美國宇航局非常明確的表示過：即便是在最為極端的情況下，太陽耀斑爆發所釋放的能量都不足以摧毀地球。

在這樣的太陽爆發面前，最明顯的影響其實將是壯麗的極光秀，在夜空中舞動的絢爛光影。在正常情況下，極光只能在南北兩極的高緯度地區觀賞，但一次強烈的CME爆發事件有時可以讓全世界各地的人們全都目睹極光的出現。

當一次CME爆發中攜帶的大量等離子體物質抵達地球時，它們將強烈衝擊地球高層大氣原子。這樣的衝擊作用將造成氣體原子的電離，使其短暫性地成為等離子體。但很快原子就會重新恢復原樣，並在此過程中生發光現象。

“正常”情況下的極光是由穩定的太陽風粒子流引發的，一年之中基本上每天都持續的發生。但欣賞這些極光的最佳位置其實是從地球軌道上。

哈特菲爾德表示：“當我在國際空間站上出艙執行太空行走任務時，實際上我正漫步在南極光之中。太陽巨大力量的光影展示在我的身邊瀰漫。”

而太陽爆發的另外一項后果則遠沒有這麼浪漫。

帶電粒子流的衝擊作用會造成地球磁場的劇烈擾動，形成所謂“地磁暴”，持續時間一般為6~12小時。在此期間，快速變動的地球磁場會在任何近地面的導體內生電流，其中包括電話以及輸電線路，海底電纜，石油以及天然氣管道等等。一旦這股電流進入輸電網系統，將會引起電流過載和跳閘，從而引發大面積斷電。

在1859年，世界各國還沒有建立起現代電網。因此當時的那次事件造成的破壞主要是電話線路的起火，電話線路在19世紀的意義就相當於現在的互聯網線路，電話線路的癱瘓意味世界範圍內通訊聯繫的中斷。電纜塔架上火星四濺，電報紙起火，電話交換機爆炸，幾位不幸的接線員被炸傷。

在美國，電報線路和輸電線路出現大面積中斷。在其他一些地方，接線員發現他們甚至可以直接拔掉電源，僅僅依靠地磁暴影響生的電流就能實現線路信號的傳送。

當時，波士頓的一名接線員發齣電報：“你能收到我發出的信息嗎？”很快就收到了位於波特蘭的接線員回復：“比插電源的時候好得啦！”

脆弱的現代社會

而在2015年，世界已經與1859年時的世界完全不同。現在全世界有超過80%的人口的生活需要依賴電力供應。如果此時再發生一次卡靈頓事件，那將意味什麼？

我們可以從1989年發生的一次強度大約相當於卡靈頓事件1/3的事件中得到有關這個問題答案的一些啟示，看起來情況可能不會太好。

1989年的那次事件生了強烈的地磁暴和強大的感應電流。這股電流最終在加拿大魁北克地區電網中發現了一處薄弱環節，在兩分鐘之內，整個魁北克地區全部斷電。整個斷電持續超過12小時，導致當地學校和商業機構全部關門，大量居民被困在電梯中，多倫多股票交易所也因此暫停營業。

一次足夠強烈的太陽爆發可以基本摧毀一個國家的電力網絡。以上提到的電力系統中的這個薄弱環節被稱作“超高壓變壓器”，其功能主要是用於將發電廠生的高壓電轉換為可以供居民家用的低壓電，這是我們文明社會維持的根基。

然而不幸的是，這樣的設備太過笨重，難以運輸並且必須定製。建造的過程常常需要數月的時間，等到完全安裝到位更是可以耗費一整年的時間，所需費用則可以高達1000萬美元。因此完全可以理解電力公司不會儲備數量過多的此類備件。

而一次強烈的地磁暴引發的感應電流將可以從這種設備內部造成熔化，從而摧毀這種設備。2011年的一份評估報告認為，如果發生一次強度僅為卡靈頓事件一半的太陽爆發事件，僅在美國一地就將造成300台超高壓變壓器損毀，這將導致超過1.3億人在長達12個月的時間裏陷入無電可用的境地。城市備用發電設施僅能在此后數天的時間裏勉強維持城市供水以及排污系統的運行。在那之后，我們將不再有乾淨水源的供應，排污系統也將陷入癱瘓。

我們也將可能丟失大量資金。我們的銀行系統是以電子數據的形式記錄存款人賬戶信息的，如果在地磁暴中銀行數據中心被破壞，那麼數百萬人的存款信息都將丟失。

在太空中，為我們的生活便利提供導航，通訊以及天氣預報服務的衛星系統將處於危險之中。高能粒子將摧毀衛星電路系統，從而導致衛星失效。

不過哈特菲爾德表示，對於國際空間站而言這樣的問題並不存在。他：“我們對於我們的電力供應系統非常非常小心謹慎。而這類事件我們也都做了預先考慮並設計有應對方案。如果我們遭遇太陽風暴並引發短路事件，那麼我們的太陽能帆板將自動與電池之間切斷通路。”然而還有其他的危險。所有運行在低地球軌道的衛星，包括國際空間站以及中國的天宮一號這樣的載人航天器都有可能由於遭受拖拽效應而減低軌道速度，這將導致它們面臨落入地球大氣層的危險。

在一次強烈的太陽爆發過后，由於大量來自太陽的能量注入地球大氣層，大氣層將發生膨脹，這將導致低地球軌道附近的大氣濃度增加，從而增加在這裏運行的航天器面臨的飛行阻力。

哈特菲爾德表示：“濃度增加之后，低地球軌道上的衛星將會被拖拽而減速。因此，此時我們要麼選擇提升軌道，進一步遠離地球從而避開更濃厚的大氣，或者我們就只能更加頻繁的啟動發動機進行軌道高度維持。”

如果國際空間站不進行這樣的軌道高度維持，那麼最終的結果就是它將從天空墜落。而這正是此前美國的“天空實驗室”(Skylab)空間站所經歷過的事情——這一價值超過22億美元的空間站是國際空間站的先輩，不過在墜落之前它就已經停止使用了。除此之外的相似事件還有“太陽極大使者探測器”(SMM)，它在1989年的太陽風暴之后不久墜落，這真是非常諷刺，因為這顆衛星的設計使命便是對這樣的太陽風暴進行探測。

額外的能量也會導致地球電離層的膨脹，而這是地球廣播信號傳播所必須依賴的圈層。增厚的電離層將生湍動，從而導致信號傳播的延遲。這樣的延遲將生廣泛影響，比如GPS服務，其必須依賴於精度達到數十億分之一秒的傳輸時間精度，這樣的信號延遲對於GPS服務將是災難性的。

在接下來，這樣的事件甚至對於生命本身都會造成直接傷害。太陽耀斑會生各種輻射，從可見光到紫外再到X射線波段。這種爆發生的粒子流在一般情況下會被地球磁場所阻擋，但在經歷一次太陽風暴的狂轟濫炸之后，地球磁場強度將會減弱，這就給了太陽輻射的入侵以可乘之機，此時地球上來自太陽的輻射通量將會上升。

在高空飛行的人，如乘坐航班的旅客將比地面上的居民遭受更高的輻射劑量。在2003年的一次強烈太陽耀斑爆發之后，一項針對當時高空飛行旅客遭受輻射劑量情況的研究顯示，在那些途徑極地上空的航班，如北京到華盛頓之間的航班上，旅客一次飛行期間遭受的輻射劑量將達到安全指標下年輻射劑量的70%！

不過，情況也可能並非如我們所想象的那麼糟糕。輻射劑量的安全指標標準是刻意保守的，事實上根本無法判斷這樣的低劑量輻射下對人體可能生的影響，因為這種影響太過輕微。根據2008年發表的一項有關輻射風險的研究報告，來自太陽風暴的輻射導致旅客患上癌症並死亡的風險幾率大致和我們駕車行駛186英裏(約合300公里)並發生車禍死亡的幾率相當，而后者是我們每天都會毫不猶豫去做的事情。

相比之下，在太空軌道上的宇航員們所遭受的風險還要更大一些。當太陽爆發發生時，國際空間站上的輻射通量將會達到峰值，此時宇航員們將集中到空間站最核心的位置，從而盡最大可能規避高劑量的太空宇宙輻射影響。

除了我們人類之外，其他生命也可能遭受影響。科學研究已經知道很多動物是依靠地球磁場識別方向並導航的。強烈的太陽爆發引發的地球磁場紊亂則可能使它們迷失方向。

盡管這方面的研究很少，但的確存在。2015年的一項研究觀察了空間天氣對蜜蜂群落生的影響。結果顯示在3年的時間裏，在太陽爆發期間迷路的蜜蜂數量是正常時期的3倍以上。

一些長途飛行的鳥類也具有對地磁場方向的識別能力。比如知更鳥似乎就能夠直接“看到”地球磁場。遺憾的是似乎到目前為止還沒有人研究過太陽風暴的發生是否影響到了這種鳥類的導航能力。因此，為了以防萬一，很多鴿子比賽的參賽者都會在賽事開始之前幾天致電美國國家海洋和大氣管理局(NOAA)的空間天氣預報中心確認太陽風暴活動的情況，以便及時調整自己的日程安排。

卡靈頓事件會再次發生嗎？

到現在為止已經可以非常清楚的確定，如果現在再次發生一次類似卡靈頓事件那樣的劇烈太陽爆發將對我們的生活生極為嚴重的影響，但遺憾的是我們不知道這樣的事情何時會再次發生。

太陽活動擁有大約11年的周期性，從平靜的“太陽極小年”到狂暴的“太陽極大年”，然后再周而複始。因此你或許會認為強烈的耀斑爆發應該會出現在太陽極大年，但事實並非總是如此。

英國國家氣象辦公室空間天氣項目主管凱瑟琳·伯奈特(Catherine Burnett)表示：“這兩者之間對不存在任何相關性。極端的太陽活動可能會發生在任何時間。事實上，當卡靈頓事件發生時正值太陽活動極小年。”

由於像卡靈頓事件這樣的極端事件極其罕見，因此在缺乏足夠案例的情況下極難評估其發生的頻率有多高。然而在2012年，美國加州聖迭戈“預測科學”(Predictive Science)機構的皮特·萊利(Pete Riley)仍然在這方面取得了一些進展。

萊利從那些較為緩和的空間天氣事件案例中尋找隱含的模式，並據此推斷更嚴重事件發生的概率。根據他的估算結果，在未來10年內太陽上再次發生類似卡靈頓事件那樣的嚴重爆發的概率大約是12%。

不過也有好消息，那就是如果那樣的事情再次發生，那麼我們將會提前得到預警消息。

太陽耀斑影響的傳播速度是光速，因此當我們看到耀斑發生時，其影響已經抵達地球。因此對其開展預報的唯一途徑便是估算某個太陽黑子會生耀斑爆發的概率有多少。由於纏繞的太陽磁感更容易被崩斷，我們可以通過觀察某一黑子磁場的“複雜度”來預估耀斑發生的概率高低。

另外一個好消息則是關於日冕物質拋射(CME)的。一次CME事件拋射的物質抵達地球需要96小時。為了提早發生它們，研究人員會仔細搜索太陽的高分辨率圖像，尋找太陽耀斑發生的跡象，CME通常會與太陽耀斑一同發生。

隨后科學家們就會使用超級計算機對CME拋射物質的速度和密度進行模型計算，進而計算出其抵達地球的時間並判斷其是否是一次強度較高的事件。不過這樣的過程仍然是不盡完善的。伯奈特表示：“事實是，我們不清楚這樣一次CME事件是否會對地球造成影響，直到它即將衝擊地球時，我們才會意識到地球將會遭受影響。”

空間天氣研究人員們依賴於一顆名為“高新化學組成探測器”(ACE)的探測器，其可以測定CME事件中拋射物質的磁場方向。當這些拋射物質途徑ACE探測器附近時，其距離地球只剩下大約15分鐘的預警時間了。

伯奈特表示：“如果這些物質磁場的方向是朝南的，那麼它將會影響地球。如果是朝北的，那麼它就不會影響地球，而是將繞過地球磁場，我們根本不會感受到它的存在。”

隨現代人類社會對先進技術的依賴性與日俱增，我們也正在增加未來發生嚴重太陽爆發時可能生風險的可能性。如果沒有了計算機，電力供應或是抽水馬桶，世界大部分地區人們的生活水平將會在一夜之間被打回到18世紀。看來，是時候在家裏囤上幾節乾電池，或是在床單下藏一些現金了。(晨風)