我們迫切需要太空“氣象”預(yù)報(bào)？

　　太陽風(fēng)暴會(huì)對地球造成嚴(yán)重破壞，而且它們會(huì)在沒有預(yù)警的情況下襲來。因此，我們迫切需要——太空“氣象”預(yù)報(bào)

　　征兆在2022年1月30日就出現(xiàn)了，但當(dāng)時(shí)沒有人預(yù)料到它有多嚴(yán)重。那天，太陽向著地球拋出一團(tuán)日冕物質(zhì)，形成太陽風(fēng)暴。這本來不是一個(gè)大問題，雖然太陽風(fēng)暴能加熱地球的大氣層，使其膨脹，導(dǎo)致地球低空衛(wèi)星運(yùn)行的軌道真空度降低，阻力變大，但這一般只有輕微的后果。然而，幾天后，當(dāng)美國著名的私人航天公司SpaceX將49顆星鏈衛(wèi)星發(fā)射到低空軌道之后，發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星遭遇了比預(yù)期大得多的阻力。最后，這些衛(wèi)星墜落下來，在大氣層中燒毀。

　　這一事故顯示了太陽的“任性”有時(shí)會(huì)給我們帶來多大的破壞力。

　　太陽風(fēng)暴的破壞性不堪設(shè)想

　　在地球上，我們每日都在享受著來自太陽的好處。但是別忘了，我們也生存在持續(xù)的太陽風(fēng)的威脅之下。太陽風(fēng)攜帶著大量帶電粒子，幸好它們中大多數(shù)被地磁場偏轉(zhuǎn)了，到達(dá)不了地面，頂多只在兩極的大氣中形成炫麗的極光。

　　然而，每隔一段時(shí)間，太陽就會(huì)吐出更多的物質(zhì)，形成所謂的日冕物質(zhì)拋射(CEM)，到達(dá)地球就是太陽風(fēng)暴。太陽風(fēng)暴威脅到地球上的衛(wèi)星和基礎(chǔ)設(shè)施，襲擊星鏈衛(wèi)星只是一個(gè)小小的例子。

　　為了讓你了解太陽風(fēng)暴的破壞性有多嚴(yán)重，讓我們把時(shí)鐘撥回到1859年9月2日。那一天，地球被一場巨大的太陽風(fēng)暴所吞沒。巨量的帶電粒子從太陽表面被拋出，當(dāng)它們來到地球，沖擊了地磁場所形成的屏障。接下來發(fā)生的事情完全是突如其來：全球電報(bào)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，電報(bào)線火花四濺，引發(fā)火災(zāi)。一名電報(bào)員被電火花擊暈。羅盤毫無用處地?fù)u擺。全球通信和海上航行都陷入停頓。

　　幸好如此大規(guī)模的太陽風(fēng)暴發(fā)生在科技還不太發(fā)達(dá)的19世紀(jì)，如果發(fā)生在今天，后果更不堪設(shè)想。今天，我們更加依賴電力，而電網(wǎng)在太陽風(fēng)暴面前是脆弱的。我們有大量的低軌道衛(wèi)星，無數(shù)車輛、船只、飛機(jī)依靠GPS導(dǎo)航，還有人在空間站生活。太陽風(fēng)暴甚至可以破壞互聯(lián)網(wǎng)。

　　要把危害降低需要我們像預(yù)報(bào)天氣一樣，預(yù)報(bào)太空的“氣象”。

　　太空“氣象”預(yù)報(bào)

　　日冕物質(zhì)拋射是太陽在磁暴活動(dòng)中拋射出來的，磁暴活動(dòng)通常伴有耀斑。射出的粒子需要一兩天時(shí)間才能到達(dá)地球。因此，太空氣象預(yù)報(bào)的基本思路是：先在紫外線波段尋找太陽的耀斑;然后用日冕儀(一種特殊的能阻擋太陽刺眼光芒的相機(jī))，尋找任何拋射出的日冕物質(zhì);如果日冕物質(zhì)向地球方向移動(dòng)，就發(fā)出警報(bào)。

　　雖然這原則上很簡單，但在實(shí)踐中并不容易。因?yàn)樽罱难芯勘砻?，一些太陽風(fēng)暴可能會(huì)在完全沒有可見耀斑的情況下襲向我們。在過去幾年里，太陽物理學(xué)家已經(jīng)開始懷疑，一些日冕物質(zhì)是悄悄來到地球的。他們把這稱為“隱形日冕物質(zhì)拋射”(隱形CME)。

　　如果隱形CME的出現(xiàn)沒有任何預(yù)兆，它們的來襲就是不可預(yù)測的，這對于我們是個(gè)極大的打擊。但天文學(xué)家并不甘心，還是想方設(shè)法去發(fā)現(xiàn)隱形CME出現(xiàn)前蛛絲馬跡的預(yù)兆。

　　目前，有一群天文學(xué)家正在研究隱形的CME。他們也確實(shí)找到了一些隱形CME出現(xiàn)前的暗示，如太陽表面的一個(gè)瑕疵或一個(gè)不尋常的圖案等，不過離預(yù)報(bào)還是相當(dāng)遙遠(yuǎn)。

來自太陽的帶電粒子在北極上空形成的炫麗的極光

　　同時(shí)，一些天文學(xué)家認(rèn)為，推動(dòng)隱形CME和可預(yù)測的CME(即伴隨耀斑的CME)形成的物理機(jī)制很可能是不同的。因此，迫切需要對太陽的活動(dòng)有更深入的了解。為此，他們把現(xiàn)有在太陽系內(nèi)部繞著太陽的各種航天器整合起來，形成空間氣象站的各個(gè)站點(diǎn)。這些航天器包括美國的帕克太陽探測器和歐洲的太陽軌道器，還有歐日聯(lián)合的水星任務(wù)以及歐美聯(lián)合的SOHO任務(wù)，等等。

　　總之，我們目前對空間氣象的理解正在飛躍性地提高，但是，要可靠地預(yù)報(bào)太空“氣象”，任務(wù)仍然十分艱巨。

　　我們知道，太陽活動(dòng)大約以11年為一個(gè)周期，從低谷到高潮再到低谷。在太陽活動(dòng)進(jìn)入最低點(diǎn)前后，天文學(xué)家估計(jì)多達(dá)三分之一的CME是隱形的。當(dāng)太陽活動(dòng)進(jìn)入極盛期，情況更糟。那時(shí)候甚至連可見的耀斑都很難與特定的日冕物質(zhì)拋射聯(lián)系起來，更不用說隱形的日冕物質(zhì)拋射了。

　　上一次太陽活動(dòng)最低點(diǎn)是在2019年12月?，F(xiàn)在，太陽正朝著高潮期上升，預(yù)期2025年左右達(dá)到最高點(diǎn)，屆時(shí)地球衛(wèi)星、電網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施將面臨巨大的風(fēng)險(xiǎn)。時(shí)不我待，但愿太空“氣象”預(yù)報(bào)系統(tǒng)能早日建立和完善起來。

　　炸鍋的互聯(lián)網(wǎng)

　　沒有互聯(lián)網(wǎng)，你能忍耐多久?隨著太陽活動(dòng)進(jìn)入下一個(gè)最高點(diǎn)，預(yù)計(jì)到了2025年左右，答案就會(huì)揭曉。

　　2021年，一份關(guān)于太陽活動(dòng)可能影響互聯(lián)網(wǎng)的分析報(bào)告認(rèn)為，橫跨海底的光纜特別容易受到影響。這是因?yàn)楹５坠饫|需要很長的電線來連接各個(gè)“中繼站”，即防止光信號產(chǎn)生誤差的設(shè)備。當(dāng)一個(gè)大規(guī)模的太陽風(fēng)暴襲來時(shí)，磁暴可能會(huì)在連接中繼站的電線中引起巨大的電流。屆時(shí)，80%的海底光纜可能失效。

　　如果能提前預(yù)警，以某種方式切斷電路，可能會(huì)有幫助，但預(yù)警并不總是可能的，尤其當(dāng)太陽風(fēng)暴是由隱形的日冕物質(zhì)拋射引起的時(shí)候。而修復(fù)海底電纜的成本很高，也很耗時(shí)。總之，不管是提前切斷還是為了修復(fù)，我們都可能不得不面臨長時(shí)間斷網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)。