周一 · 知古通今 | 周二 · 牧夫专栏 周三 · 太空探索 | 周四 · 观测指南 周五 · 深空探索 | 周六 · 茶余星话 | 周日 · 视频天象 作者：王启儒 校对：牧夫天文校对组、饶世豪 后台：库特莉亚芙卡 李子琦 胡永葳 责任编辑：毛明远 太阳，温暖而平静。然而，看似“平和”的太阳也会在顷刻间向外释放超强能量。太阳风和日冕物质抛射（CME）便是其中的两种能量释放的方式。接下来，我将从太阳风和CME的形成原理、危害程度以及可否预防三个方面给大家展开介绍：  太阳风“侵袭”地球（无磁场）动画图 Credits：Kurzgesagt-In a Nutshell 成因 太阳并非肉眼所见的“固态”，而是一颗炽热的流体。作为主序带上的一颗“中年”恒星，太阳内部的温度极高（核心温度近1,570万K），高温使得原子分裂为电子和原子核并以离子的形态流动。根据电磁场理论，其内部带电的质子和电子在流动中形成磁场，太阳磁场反过来又影响着这些粒子的流动，并形成了一个封闭的反馈环，我们称其为“太阳发电机”（Solar Dynamo），太阳发电机可以让太阳的磁场长期保持活跃。但是太阳的能量释放过程并非时刻稳定，随着恒星内部离子的流动，太阳磁场也在时刻发生偏折。偏折会带来扭缠的磁结构（观测上表现为日珥、暗条等），其中积累了大量的能量，一旦磁结构发生断裂，便会将其中的能量释放出来，形成太阳风（Solar Wind）和其他可怕的物质：太阳风以数百公里每秒的速度在星际空间中行进，爆发事件形成的激波横扫太阳风中的质子，并将其加速为高速太阳质子风暴（Solar Proton Storm）；与此同时还有日冕物质抛射，数以亿计的离子以每小时900万公里的速度抛射出来。  太阳磁场动画图 Credits：Kurzgesagt-In a Nutshell 危害 当这些高能等离子体流侵袭地球时，轨道卫星和在轨执行任务的宇航员可能会受到影响，同时地面上的无线电信号可能会受到干扰，但它们对地球上的人类却是无害的。这是因为日冕物质抛射产生的带电粒子，会在地球磁场的影响下分流至地球南北极，并在与大气层作用后生成绝美的极光。  地球磁场影响CME高能等离子体流向动画图 Credits：Kurzgesagt-In a Nutshell 然而，同地球上的恶劣天气一样，太阳有时也会爆发更为强烈的风暴，超级太阳风暴（Solar Super Storm）。大概每个世纪都会爆发一至两次超级太阳风暴。在它到来之前，我们会检测到某处的太阳耀斑急剧增强，之后在日冕物质抛射的作用下，携带巨量炽热离子的超级太阳风暴将在一天内通过1.5亿公里的日地距离。此时的地球磁场将无力抵抗如此“浩浩汤汤”的高能等离子体流，超级太阳风暴会强烈压制地球磁场并将能量传递至地球磁层。太阳风与地磁场长时间相互作用，地磁场后方形成磁尾，磁尾储存的能量释放扰动地磁场，此过程被称为磁暴（Geomagnetic Storm），当两者间处于合适的角度时，能量释放将达到极大值。磁暴几乎对骨肉之躯毫无影响，但它对电子产品和电力设施的影响极大。以电网为例，日冕物质能在电网中产生电力，导致电力中断甚至彻底摧毁变电站，早在1989年魁北克省（位于加拿大）便经历过一次因超级太阳风暴导致大面积停电。  磁暴过程动画图 Credits：Kurzgesagt-In a Nutshell 有史以来最强的超级太阳风暴当属1859年的卡林顿事件，在巨量高能等离子体流的作用下，极光出现在世界各地，北半球的极光在加勒比海地区都可以看见；在美国，洛矶山脉上空非常明亮，光芒将当地金矿的工人惊醒，使他们误以为天亮了，而开始准备早餐。美国东北部的人们可以在极光下阅读报纸。从两极到在墨西哥中部的低纬度地区都能看见极光。昆士兰、古巴、夏威夷、日本和中国的南部，甚至在靠近赤道的低纬度地区，例如哥伦比亚，都能看见极光。遍布欧洲和北美洲的电报系统失灵，一些正在操作电报的人员遭到电击，电报塔发出火花。尽管一些电报机已经关掉了电源，但电报系统仍然有电流产生。  近2个世纪以来的超级太阳风暴表 Credits：Kurzgesagt-In a Nutshell 2012年，一场卡林顿级的超级太阳风暴以非常小的偏差与地球擦肩而过，研究显示，如果当时的我们没有那么幸运，单就美国的电力损失便有2.6万亿美元，此外还需要4至10年的时间来替换已经损坏的电力系统。自2020年起，超级太阳风暴的爆发几率以每年1%的数值增长，也就是说，在未来的50年后，人类直面超级太阳风暴的几率将达到50%。  太阳风袭卷地月系统动画图 Credits：Kurzgesagt-In a Nutshell 以上，我们都忽略了更为强烈的太阳风暴，超级耀斑（Super Flares）。作为有史以来最大的太阳风暴，如果发生，后果将是灾难性的。电力的重要性不言而喻，除基础照明外，电子产品、通讯、导航都将失效。长期的停电会导致供应链断裂：自来水停供、医疗体系瘫痪、超商断货、田野粮食腐烂等……。难道我们只有袖手旁观、坐以待毙的份吗？不！当然不是！ 预防 虽然太阳风暴不可避免，但我们可以减少其产生的副作用，天文学家们可以提前几小时或者几天预测到太阳风暴，在太阳风暴抵达前，工程师将电力系统下线或者建立新线路分流电压。为此，NSO（美国国家太阳观测台）搭建DKIST太阳望远镜专门跟踪观测太阳磁场，并且能够提前3天做出预警。 ————— END ————— 『天文湿刻』 牧夫出品 微信公众号：astronomycn  1980年至2015年太阳表面磁场分布图 Credits：Robert Cameron  谢谢阅读 |
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