耀斑在什么层(太阳风在什么层)

?2003年12月2日，一场被称为日冕物质抛射(CME)的太阳风暴从太阳表面升起。

地球上的生命如果没有太阳的持续照射是不可能存在的，但太阳时不时地会爆发，有时强烈到会中断手机通话，使电网瘫痪，甚至在极端情况下，还会引发火灾。但至少在现代，太阳还没有爆发出“超级耀斑”——这种巨大的‘宇宙扰动’是科学家们在星系中其他类似太阳的恒星中发现的。

但一项新的研究表明，这种情况可能发生在我们的太阳身上，一旦发生结果将是灾难性的。研究表明超级耀斑是罕见的事件，但我们有可能在未来100年左右经历这样的事件。‘超级耀斑’的强度将是现代仪器记录的最大太阳耀斑的数百倍甚至数千倍。虽然超级火焰可能具有破坏性，但科学家已经广泛认同，在这个时代，一个远远不那么强大的太阳风暴，类似于有史以来至少发生过的两次太阳风暴，使现代通信技术瘫痪技术。

太阳风暴很常见。它们是这样工作的：太阳黑子在太阳表面上具有强烈磁能，它可以吸收能量直到压力变得太大而爆发。大约8分钟后，电磁辐射——x射线和其他波长——到达地球。超级耀斑的强度将是现代仪器记录的最大太阳耀斑的数百倍甚至数千倍。在一些火山爆发时，一种被称为日冕物质抛射(CME)的带电粒子云会从太阳上喷发出来，形成一场太空风暴。把它想象成一个巨大的气泡，由纠缠的磁场和数十亿吨被称为等离子体的过热气体组成。

当太阳黑子向地球方向喷发时，日冕物质抛射将在18到36小时后到达地球的任何地方。地球本身是一块巨大的磁铁，它的磁合生世界花园场线从两极向大气层内外散开。地球周围的磁场通过改变被称为太阳风的带电粒子流的方向使生命成为可能。地球磁场通常也吸收日冕物质抛射的冲击。但是，如果日冕物质抛射特别强大，如果两个磁场方向相反，它们可以连接起来，这就是‘火花四溅’的时刻。

大多数日冕物质抛射不过是干扰无线电信号，激发北极光，即点缀在北极圈上空的五颜六色的极光。在更强的风暴中，这些甚至可以飘到美国北部。最强的太阳耀斑淹没了地球磁场，就像拳击手被打了太多针一样。从科学的角度来说，一个强大的联系可以制造一个裂痕，产生一连串的电闪雷鸣。这可能会产生严重的后果，导致地面上任何可以导电的物体产生电流。

?一幅艺术家描绘的太阳风暴瞄准地球，两个磁场即将相撞。

1989年，一场太阳风暴以如此之大的力量袭击了地球，使我们的自然行星保护系统瘫痪，甚至在地下产生了电流，给魁北克水利电网带来了致命的一击。加拿大整个魁北克省的电力中断了几个小时。美国电网和一些公用事业公司也受到了电力供应中断的影响。美国国家航空航天局(NASA)表示，一些卫星“实际上失控了数小时”。

但与可能发生的情况相比，这根本算不了什么。1859年9月2日，史上最严重的太阳风暴袭击了地球。色彩斑斓的极光蜿蜒至夏威夷和古巴。当时没有电，所以对很多人来说，这件事可能没有引起注意。当时唯一的“现代”通讯工具是电报，但进展并不顺利。太阳风暴的威力如此之大，以致于电报线路短路，一些操作员被烧毁，并在美国和欧洲引发了广泛的火灾。

如果这种规模的事件再次发生，如今更为敏感的电子设备和卫星将受到严重破坏。2012年7月，太阳引发了自1859年卡灵顿事件以来最强的风暴。但是它发出的太阳黑子并没有对准我们的方向，所以当风暴以日冕物质抛射所见的占比怎么计算最快速度——1800到2200英里/秒——穿过地球轨道时，它完全没有击中我们的地球。

这个事件被卫星很好地记录下来，贝克和他的同事在《太空天气》杂志上详细描述了它的威力。贝克当时在一份声明中说:“2012年太阳耀斑爆发时，地球和地球上的居民都非常幸运，如果耀斑仅仅早一周发生，地球就会处于灾难之中。

贝克指出，2012年那次险些‘访问’地球的太阳风暴比1989年3月那场摧毁加拿大电力的太阳风暴“威力大5到10倍。贝克在一封电子邮件中说，如果2012年的太空风暴袭击了地球，它将“对我们现代的电力、通讯和导航系统造成极其危险的影响”，“我们今天可能还在收拾残局”。“与2012年的事件相比，如果某一事件真的发生了，那么在关键方面的影响将再增加10到100个百分点，我认为这对现代空间和地面技术系统的影响将是毁灭性的。”

专家的一份2008年的报告由美国国家科学院警告说，如果爆发类似1859年的风暴是发生在今天，它可以削弱通信,导致了2万亿美元的损失，并导致长期的社会混乱。2005年卡特里娜飓风，美国历史上最昂贵的自然灾害，造成的损失仅为1660亿美元。

美国国家科学院的报告讨论了电力线如何像天线一样为太阳风暴释放的电能服务。大型昂贵变压器中的铜绕组——电网中的重要部件——可能会熔化。当一个变压器运行时，会产生级联效应，从一个连接的电网传到另一个。参考1921年袭击地球的太阳风暴，并被认为产生了比1989年魁北克事件强10倍的地面电流，该报告解释了美国各地数百个失败的变压器如何可能导致1.3亿人断电。

灯光会熄灭，但这仅仅是个开始。手机需要充电。手机信号塔需要电力。没有电，加油站和水处理厂就无法工作。报告警告说，1859年卡灵顿事件的重演将导致“广泛的社会和经济混乱”。考虑到所有相互依赖的技术、服务和机构都将受到破坏。

房屋改造设计

?报告称，供水将在“数小时内”受到影响，“易腐烂的食品和药物在12-24小时内变质，供暖/空调、污水处理、电话服务、燃料补给等方面的损失。专家们写道，更换变压器可能需要数周或数月的时间。制造所有新需要的变压器的工厂可能会断电，恢复可能需要4到10年。

专家们担心的另一个问题是，太阳是否有能力在一颗行星坠落时，发射出威力强大的一二级电磁冲力。事实上，在极少数情况下，太阳活动会急剧增加，多个太阳黑子会相继发生火灾。2003年秋天，太阳在两周内至少释放了九次大型耀斑。

Notsu的团队并不是第一个考虑超级耀斑可能性的团队。但他们的新研究是迄今为止最全面的。他们从美国宇航局的开普勒太空望远镜中筛选信息，确定了过去曾经爆发过的恒星。然后，他们利用欧洲航天局的盖亚宇宙飞船和新墨西哥州的阿帕奇点天文台的数据，更近距离地观察了43颗类似太阳的恒星。毫不奇怪，他们发现年轻的新星——就像人一样——更容易爆发。令人惊讶的是:较老的恒星，在年龄和其他特征上与我们46亿年的太阳相似，继续以超级方式爆发，尽管频率较低。

Notsu说:“年轻的恒星大约每星期有一次超级耀斑，对于太阳来说，它平均每几千年才出现一次。”根据其他研究，该团队还引用了地球上774年和993年发生的事件，当时太阳风暴的特征以放射性碳-14的形式嵌入到树木年轮中。Notsu在一封电子邮件中说，目前还不清楚这些爆炸的威力到底有多大，但它们肯定比1859年的那次爆炸威力更大。

他说:“如果超级耀斑发生在1000年前，这可能不是什么大问题。”“人们可能看到了巨大的极光。现在，由于我们的电子产品，这是一个很大的问题。”然而，卫星只能观测到很短一段时间的太阳风暴，尤其是与银河系的巨大年龄相比。只有50年的太空观测，很难估计最坏情况发生的概率。主要问题是，我们不知道超级耀斑是否也会产生超级日冕物质抛射。

太阳有时会产生强烈的耀斑，这种耀斑并不伴有日冕物质抛射。对于其他恒星的超级耀斑和日冕物质抛射之间可能存在的关系，我们知之甚少，甚至一无所知。事实上，直到上个月才发表了第一项关于日冕物质抛射在另一颗恒星上的任何细节观测的研究。

?美国宇航局钱德拉x射线天文台首次观测到日冕物质抛射，它是由太阳以外的一颗恒星与x射线耀斑一起爆发的。

值得注意的是，单是太阳超级耀斑，没有任何CME，仍然会给地球带来严重的问题。超级耀斑本身可能至少会暂时让我们的许多航天器感到眼花缭乱。如果你是一个暴露在外的宇航员，那就太糟糕了。1972年，在阿波罗16号和17号执行任务之间，发生了一次巨大的耀斑，由于辐射暴露，几乎可以肯定会让太空中的任何宇航员生病，甚至可能致命。一个比我们所记录的强1000倍的太阳耀斑会释放出更多的辐射，这似乎是合理的。

太阳耀斑产生的额外能量也会导致大气层向外膨胀。低地球轨道卫星(LEO)，如国际空间站和许多通信卫星，都在非常稀薄的空气中，但那里有大气分子，造成阻力。(空间站会定期发射助推器，将其重新送入预定位置。)在耀斑爆发期间，大气的密度层会上升，增加轻微的阻力。

我们最上层的大气层会因为所有的x射线和紫外线(辐射)而膨胀，而航天器的阻力会在几天内跳跃。在近地轨道上，你可能会失去很多航天器。近年来，我们的太阳一直很安静。预计今年晚些时候或2020年初，中国经济活动将在其大约11年的周期中达到低谷。预测人士表示，活动将从2020年开始加速，在2023年至2026年期间达到下一个峰值。

好消息是：科学家预测下一个周期，将是温和的，就像这次一样。太阳黑子的数量——太阳活动的一种量度——可能比上次的峰值低30%到50%。坏消息是：太阳黑子是不可预测的，甚至可以出现在周期的最低点，下一个大耀斑，超级耀斑或其他耀斑，可能在任何时候出现。问题是，可能性有多大?”

要为下一波太空天气做好准备，我们必须首先改善监测。我们需要离太阳更近的宇宙飞船提供对地球活动及其性质的早期预警，更好的火山爆发模型和地磁扰动的区域预测。最重要的是，我们需要领导，授权协调和指导分布在多个机构的太空天气的研究和业务组成部分。

不过，就目前而言，美国电网只能坐以待毙。如果在暴风雨来临时不能断开电网，就会造成更大的破坏，就像1859年电报电线戏剧性地显示的那样。降低地磁风暴脆弱性的唯一方法是大幅改造电网。现在，它是一个巨大的网络，跨越了整个大陆。否则，超级耀斑将证明末日预言者是正确的。