太陽風暴來襲

06-19

撰文：蒂莫西·費里斯 Timothy Ferris翻譯：萬富剛

2011年7月21日這是我們的太陽，大氣中奔騰翻滾的景況被美國宇航局的衛星「太陽動力學觀測台」通過極紫外線成像的方式捕捉下來。該衛星於2010年發射升空，旨在幫我們更好地了解太陽活動及其對地球的影響；宇航局把它拍到的圖像作了色彩編碼處理，以代表波長不同的光線。這幅圖像中，明亮的環狀日冕在有劇烈磁場活動的區域間拱起，另一些溫度較低、顏色較暗的絲絮狀物質懸浮在太陽的磁場中。 NASA SOLAR DYNAMICS OBSERVATORY (SDO)

2011年8月9日右邊的耀斑在美國國家海洋與大氣局的分級系統中達到最大的X級，信號之強使得太陽動力學觀測台的一個感測器超出負荷。太陽活動周期預計會在2013年進入高峰，可能將有更多耀斑和日冕物質拋射朝向地球發生。如果受到一次大型拋射的正面侵襲，供電線路便可能癱瘓。MARTIN STOJANOVSKI;NASA SDO

2012年1月24日瑞典北部的克瓦爾島上，一大片極光在索瑪勒於橋的上空搖曳；此次激烈的太陽活動持續了一周。地球大氣層中的某些類氣體被太陽射出的帶電粒子擊中時，會像霓虹燈里的氖氣一樣發光。極光在南北兩極地區最為常見，遇上強勁的太陽風暴時，也會出現在緯度較低的地方。BJORN JORGENSEN

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　　英國曾有一位名叫理查德·卡林頓的釀酒商，他同時也是一位業餘天文學家。1859年9月1日這一天，33歲的他爬上樓梯，進入他位於倫敦附近的私人天文台，打開圓頂天窗，然後調整望遠鏡，將直徑28厘米的太陽圖像投射在一幅幕布上——在天氣晴好的早晨，這樣的天文觀測是他的習慣。當他在紙上描摹太陽黑子的活動軌跡時，突然看到在一個大的黑子群中出現了「兩塊非常明亮的白色光斑」。與此同時，在倫敦基尤天文台，磁力計上用絲線懸掛的磁針開始劇烈跳動。　　第二天黎明之前，壯觀的極光照亮了天空，夏威夷和巴拿馬以北的人都看得見。在落基山脈露營的旅者誤以為日出，於是起床準備早餐。　　太陽超級風暴是一種巨大的電磁爆發現象，可將數十億噸的帶電粒子噴向地球，卡林頓觀測到的耀斑就是一場太陽超級風暴的先兆。當不可見的粒子巨浪與地球磁場發生撞擊時，引起電報線路中電流激增，幾處電報通訊站因此運行中斷，而其他地方的電報員卻發現，他們可以切斷電報機的電池供電，單靠地磁感應的電流繼續工作。波士頓的一名電報員向緬因州波特蘭市的同行發電報說：　　「現在我們用的完全是北極光產生的電流，你那邊接收效果怎麼樣？」　　「比用電池好得多。」波特蘭方面回答道。　　換做是今天的通信、電力系統的操作員，絕不會那麼愉快樂觀。迄今為止再沒有發生過威力與1859年相當的太陽超級風暴，所以我們很難計算，在如今這個電路四通八達的世界中，如果來一場規模近似的太陽風暴，破壞將達到什麼程度。在這個問題上，加拿大魁北克省1989年3月13日的停電事故可以作為參照。當時，一次強度約為「卡林頓級」三分之二的太陽風暴，在不到兩分鐘的時間裡，致使六百多萬用戶的供電網癱瘓。如果是一場卡林頓級的風暴，其毀壞的變壓器會比電力公司的備用變壓器還多，而製造、安裝新變壓器需要數月時間，在這期間，有上百萬人得不到照明、飲用水、污水處理、供熱、空調、燃料、電話以及無法常溫保質的食品和藥物。美國國家科學院最近的一項報告中估計，如上所述的太陽風暴可造成的經濟損失相當於二十場卡特里娜級別的颶風，僅災後第一年就達一到兩萬億美元，而受損的各項事業需要十年才能恢復。　　洛克希德·馬丁公司太陽和天體物理學實驗室（位於加利福尼亞州帕洛阿爾托）的卡雷爾·斯赫雷弗無奈地表示：「我們至多只能提前幾天預測到太陽的活動。」預計太陽活動的高峰期將從今年開始，因此各地的太空天氣監測中心紛紛增加了工作人員，希望事態朝最好的方向發展。斯赫雷弗說：「我們正在盡量了解太空天氣對社會有何影響及其產生危害的程度。一旦發現重大的威脅，我們就有義務做好應對的準備，否則後果將不堪設想。」　　我們對太陽再熟悉不過了——每個晴朗的日子都能看到，但它也至為陌生。透過太陽望遠鏡看去，我們司空見慣的金色圓盤成了一個變動不居的奇境，大得可以吞掉行星的日珥如同發光水母般躍入黑色的太空，蜿蜒盤旋數小時或數天，終究仍回到太陽表面，彷彿被某種看不見的力量牽絆著。　　正是如此。太陽的構成不是固體、液體，也不是氣體，而是等離子體，即「物質的第四態」：原子在高溫下被剝奪了電子，直至質子裸露出來。這些帶電粒子使太陽成為優秀的導體，其導電性能遠超銅線。太陽還聚滿了磁場，其中大部分「埋藏」於太陽巨大的內部，但仍有一些直徑與地球相當的磁場管道會以黑子的形式出現在太陽表面。這種磁場性質決定著太陽大氣內的粒子運動軌跡，並驅動太陽風，每秒鐘噴出上百萬噸的等離子體，射速達每秒700公里。　　所有這些活動產生的原因，就在於太陽這顆尋常恆星所具有的複雜非凡的構造。太陽核心是一個密度為黃金的六倍、溫度高達1500萬攝氏度的等離子球體，每秒鐘有7億噸質子聚變為氦核，所釋放的能量相當於100億枚氫彈爆炸。太陽核心會緩慢律動，在聚變加速時擴張，聚變減弱時收縮。除了這種緩慢而深沉的「心跳」，還有其他無數的脈動節奏與之交疊，比如周期為11年的太陽黑子。有些太陽活動的周期要跨越多個世紀。　　高能光子從太陽內部穿越由密集的離子和電子形成的「迷宮」來到表層，將核心聚變產生的能量帶到外部。這個輻射區的物質密度極大，以至光子需要用10萬年以上的時間才能逃逸到外圍的對流層，這一段穿越佔了從太陽中心到太陽表面之距離的70％。再過大約一個月，光子進入光球層——這一層才是我們日常所見的部分。從光球層出發，光子只需要8分鐘即可到達地球，成為普照萬物的陽光。　　太陽這巨大的熱核反應爐當然會產生大量噪音。美國科羅拉多州博爾德市國家大氣研究中心的馬克·米施說：「太陽的鳴響就像一口發出上百萬種音調的鐘。」這些聲音會使太陽表面泛起波紋，而科學家通過研究波紋來確定太陽對流層深處的物質流動情況，這就是「日震學」。