閃耀的謎團｜太陽風暴：勾畫絢麗極光，還有……恐怖災難？
作者：喻菲
賜予地球最為絢麗多姿的極光的超級太陽風暴，也有可能為人類帶來恐怖的災難。
跳動在地球夜空中變幻莫測的極光，讓劉潁有了詩意的聯想。他引用了朱自清在《荷塘月色》中的語句：像亭亭的舞女的裙。
然而，賜予地球最為絢麗多姿的極光的超級太陽風暴，也有可能為人類帶來恐怖的災難。超級太陽風暴是如何產生的？這是令科學家困惑的巨大謎團。
美國明尼蘇達州拍攝的北極光。 新華社/美聯
中國科學院國家空間科學中心空間天氣學國家重點實驗室研究員劉潁由於在太陽風暴方面所做的研究近日獲得了中國一項空間科學獎——「趙九章優秀中青年科學獎」。他在獲獎大會上做學術報告時說，根據美國空間研究委員會的估計，一個超級太陽風暴對現代科技社會造成的損失可達數萬億美元，社會恢復周期為4至10年。
可能讓地球重回黑暗時代
1859年9月1日發生的一場超級太陽風暴，被稱為卡林頓事件，這成為人類研究太陽風暴的開端。
卡林頓事件中產生的極光非常強烈，以至於包括夏威夷在內的地球低緯地區都能看到。卡林頓事件發生時，人類還沒有進入現代科技社會，所以影響相對較小，但即使如此，歐洲和北美的電報系統失靈，一些電報員甚至遭受電擊。
最近的太陽風暴就發生在今年3月15日，這雖然夠不上超級太陽風暴，但也引起了最近10年來最大的地磁暴事件。「我們的研究發現，這個地磁暴事件是由兩個日冕物質拋射相互作用產生的。」劉潁說。
芬蘭拉普蘭地區的極光。 李驥志攝 新華社
中國南極中山站上空的極光。 白陽攝 新華社
他說，太陽風暴研究對中國的航天發展有非常重大的意義。太陽風暴會產生激波，是非常有效的高能粒子加速器。高能粒子輻射會使宇航員引發癌症。未來中國的宇航員去月球、火星，那裡不像地球上有磁層保護，如果遇上太陽風暴，會直接影響到宇航員的生命安全。此外，高能粒子還會摧毀航天器的電子器件。
劉潁說，太陽風暴撞擊地球磁層會引起地磁暴，產生非常強的電流，燒毀變壓器，摧毀電網，現代社會一旦沒有電，會造成巨大影響。還會影響導航、無線電通訊等。1989年的一次太陽風暴，導致加拿大魁北克地區600萬人斷電9個小時。
發生在唐朝的超強太陽風暴
2012年，日本、歐洲、中國的科學家分別在樹木年輪和珊瑚中發現，在公元774至775年間，出現了放射性碳14的顯著增長，從而推導出當時地球遭受了強烈的粒子輻射。
而粒子輻射既有可能是宇宙射線引起，也有可能是太陽風暴造成。究竟當時發生了什麼？
科學家認為，如果是宇宙射線引起的，進入地球大氣層內，影響不會那麼強烈，那場事件應該是太陽風暴。
支持這一觀點的關鍵證據，還是壯麗的極光。
中科院國家空間科學中心特聘研究員周大庄等科研人員通過研究史料發現，唐朝大曆十年「十二月丙子夜」（即中國農曆774年12月11日夜，或公元775年1月17日夜），天空上演了一場頗為壯觀的的極光事件。
《舊唐書》中這樣記載：「東方月上有白氣十餘道，如匹帛，貫五車、東井、輿鬼、觜、參、畢、柳、軒轅，三更後方散。」
科學家藉助中國星宿圖判斷，極光發生的區域跨越東西南北，覆蓋了北半球的相當部分，時間從晚上5、6點持續到半夜以後，長達8小時。
美國蒙大拿州的232號公路拍攝的北極光。 新華社/美聯
中國北極黃河站上空的極光。 孫聞攝 新華社
完美風暴
2012年7月23日發生的一場超級太陽風暴在科學家的眼中堪稱「完美」。
「我們稱之為『完美風暴』是因為多種條件匯聚在一起，導致了該超級太陽風暴。」劉潁說。
劉潁與美國、歐洲科學家合作，首次完整觀測了該超級太陽風暴，並揭示了其形成機制。他們這項研究成果於2014年3月發表在《自然》子刊《自然通訊》上。
「這次太陽風暴沒有正面撞擊地球。從科研的角度看很可惜，因為錯過了研究超級太陽風暴效應的良機，但是對於普通人來說非常幸運，這場超級太陽風暴倘若提前9天發生，地球就會遭受正面衝擊，電網、衛星和GPS系統陷入癱瘓，給全世界造成難以估計的損失。」
科學家發現這次太陽風暴之所以如此猛烈，是因為幾乎同時發生了至少兩輪日冕物質拋射。而4天前發生的一次爆發起到了掃清路障的作用，使得大爆發時噴出的物質得以高速射向行星際空間。
「我們認為，並不僅僅是太陽活動區的初始條件可以影響超級太陽風暴的產生，其行星際空間的演化即日冕物質拋射在行星際空間的相互作用，對超級太陽風暴的形成也至關重要。」劉潁說。
他指出，超級太陽風暴可能並不罕見。美國科學家分析，未來10年發生超級太陽風暴的概率是12％，後來日本科學家修正為6％。「我們認為概率在5％到10％之間，但這只是粗略的估計。」
閃耀的謎團
賦予人類生命與能量的太陽依然有很多未解之謎。
劉潁說，日冕的溫度可以達到數百萬度，但是太陽低層大氣的溫度只有6000度，能量如何傳播到日冕，為什麼外層的大氣比下層的大氣溫度還高？這是一個非常令人困惑的問題，科學家已研究了幾十年，依然沒有解決。另外，太陽風是由於日冕膨脹引起的粒子流，太陽風和日冕的溫度差不多，太陽風是怎麼得到那麼高的溫度的？太陽風是如何加速的？這些都是相關的重大科學問題。
他說，太陽風暴的發生本質上是日冕磁場的不穩定過程，所以必須研究日冕磁場。然而目前難以觀測日冕磁場。太陽風暴如何產生，仍是懸而未決的問題。
「理解超級太陽風暴的機制，開展空間天氣預報，對保護現代社會的經濟利益至關重要。」劉潁說。
他介紹，對於太陽風暴的觀測主要是通過衛星在太空中進行。但目前中國還沒有觀測太陽風暴的衛星，中國科學家基本上利用歐美衛星數據，這是中國空間科學非常尷尬的局面。
「衛星數據非常關鍵，如果只是分析別人的數據，做得再好，仍然不可能主導這個學科的發展。所以中國科學家非常希望中國有自己的太陽風暴觀測衛星，我們對空間科學先導專項支持的太陽極軌射電望遠鏡（SPORT）計劃和磁層—電離層—熱層耦合（MIT）小衛星星座探測計劃充滿期待。」劉潁說。
最後，科學家將太陽的圖像PS成一顆心送給愛科學的你。
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