空間天氣會威脅高科技生活

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在源自太陽的空間風暴面前，現代技術不堪一擊。

1859年9月一個晴朗無雲的早晨，剛過凌晨4點，在現名為科羅拉多州（Colorado）的上空突然爆發出了紅綠交加的亮光。當時在堪薩斯地區（Kansas Territory）淘金的礦工，誤以為那只是黎明到來的徵兆，便起床準備早餐。而在更為發達的地區發生的事情則更加讓人迷惘失措，向21世紀的有線高科技發出了警示之聲。

天空的光點亮了夜幕中的地球，全球電報系統失去控制，敲打著毫無意義的編碼，發射的火花點燃了附近成堆的紙帶。電報操作員也慘遭電擊灼傷，即使切斷電報設備的電源，也無法阻止這場混亂，因為輸電線本身就攜帶著巨大的電流。

現代技術在源自太陽的空間風暴面前不堪一擊。這場有記錄以來最大型的太陽風暴的威力是9年前那場已知歷史上最大型風暴的兩倍還多。

我在太陽風暴預測研究上已有7年的經驗，再結合幾十年在不同太陽風暴狀況下使用GPS衛星信號的感受，可以得知若是規模如此之大的太陽風暴再次來臨，當下更為敏銳的電子設備和衛星系統將被徹底摧毀。

2008年，美國國家科學院（National Academy of Sciences）一個專家小組發布了一份報告，得出一個發人深省的推論：一場規模如此強大的太陽風暴會讓整個世界倒退至19世紀，而想要恢復則需要幾年甚或十年的時間。

太陽爆發活動

自太陽系誕生以來，太陽風暴就一直在發生。1859年那場風暴因英國天文學家卡靈頓（Carrington）記錄了當時的他對太陽的觀察資料而被命名為卡靈頓事件（Carrington event）。在那前後，太陽風暴曾多次波及地球。太陽風暴緣於太陽表面劇烈的電磁爆炸，即日冕物質拋射。每一次爆炸都會向太陽系中以過熱的球狀的形式拋射出數十億的質子和電子。

大約每20個日冕物質拋射的等離子體中就會有一個奔向與地球軌道交叉的方向。大概3天後，地球就會經歷一場所謂的太陽風暴或地磁暴。

雖然描述這些事件的時候會用「天氣」和「風暴」等詞語，但是它並不會影響天氣的晴雨、冷暖，或者說是某天是否適合外出這類情況。它們無關氣象，只會帶來電磁影響。

極光是地磁暴發生的信號

到達地球

當日冕物質拋射的高速運動等離子體到達地球的時候，帶電粒子在高層大氣與空氣分子發生碰撞，釋放熱量，發出光芒，形成極光。

而且，一直都在運動的電荷會與磁場相遇，兩者之間的相互作用會在任一導體中自發產生電流。如果球狀等離子體足夠巨大，它與地球磁場之間的相互作用就會在地上那些超長的電線里感應出強大的電流，就如1859年那次電報電路過載一樣。

有史以來的太陽風暴

自16世紀人們開始記錄大型日冕物質拋射活動以來，其到達地球的時間都是突發不規則的。記錄在案的最大的一場發生在1859年，已用紅色標出。

1989年3月13日，一場只有卡靈頓事件五分之一威力的太陽風暴降臨地球。它致使魁北克水力電網的輸電線中電流激增，嚴重損害了傳輸設備，結果斷電9個小時，600萬人遭受影響。

在新澤西州（New Jersey），太陽風暴感應的電流燒毀了一座核電站的巨型變壓器。即使備用變壓器就在附近，也需要六個月的時間拆除被融化的裝置，重新安裝。那時，有些人還擔心那璀璨的極光意味著核戰爭已經爆發。

2003年，一系列高速太陽風暴衝擊地球，人們稱其為萬聖節太陽風暴。這陣太陽風暴感應的電流給北美電網帶去了威脅。在風暴峰值階段，GPS導航系統紊亂失控，通信系統也被切斷。

更大型的太陽風暴會帶來更廣泛的影響，造成更嚴重的破壞，所需的恢復時間也更長。

影響廣泛

地磁暴會攻擊現代技術的命脈：電力。一場太陽風暴通常會持續兩到三天，在此期間整個地球都會受強大的電磁力的影響。美國國家科學院的研究表明一場極大型太陽風暴會損壞、切斷全球範圍內的電網和通訊網路。

電力已經融入到了現代生活的各個層面

在風暴經過之後，恢復供電並沒有什麼簡單的方法。給被燒毀的電線或電力變壓器生產替代品的製造廠沒有電。運送原材料和完工設備的火車也無法加油，因為汽油泵需要靠電力驅動運轉。而且那些正在運行的油泵也會很快耗盡，因為從地下提取石油並將其精鍊為可用燃料的機器也需要電力驅動。

因為交通系統的癱瘓，食物也就無法從農場運往商店。每一個看起來與技術無關的系統都會停止運轉，比如公共供水系統：因為水泵和凈化系統都需要電力支持。發達國家的居民會發現他們沒有自來水，無法進行污水處理，不能冷藏食物，也沒有從遠方運送食物或者其他必需品的方法。在基本經濟體系較為發達的地方居住的人也無法從遠方運輸所需用品。

修復所有的損壞需要四到十年的時間。在此期間，人們需要自己種植食物，尋找、運輸和凈化用水，燒火做飯。當然還有一些系統會繼續運轉，比如自行車、馬車和帆船。不過還有一種會繼續運行的設備給人們在預防此類災難中提供了一個思路：那就是電動汽車，但它們也只能在可提供太陽能電池板和風力渦輪機充電的地方保持運行。

未雨綢繆和保護措施

小型設備受地磁暴的影響程度與網格規模的系統相比還是相差甚遠。電磁學的基本原理表明：暴露在移動磁場中的電線越長，裡面產生的感應電流就越多。

1859年，電報系統受到如此強烈的影響是因為有許多電線穿過美國的各個城市。那些超長的電線需要立即處理巨大的能量，然而它們沒能做到。現在也有很多連接發電機和消費者的超長電線，就像連接尼亞加拉大瀑布（Niagara Falls）和紐約市的電線，它們也會受到強大的感應電流的影響。

減弱地磁暴致命影響的唯一方法就是大幅改造電網。

現在，覆蓋美國各大洲的實際上是龐大的電線網路。政府、企業和組織需要共同努力，將其分散成較小的部分。讓每個部分為一個小鎮甚或一個社區、一個家庭提供服務。這些「微型電網」可以相互連接，但要在裡面安裝保護裝置，讓其可以在太陽風暴到來之時快速斷電。如此一來，受太陽風暴影響的電線長度就會縮短，遭受損害的可能性也會降低。

一個利用太陽能電池板和蓄電池儲電，駕駛電動汽車四處走動的家庭可能會發現供水系統、天然氣或互聯網都中斷服務了，但四處走動的自由和天黑以後亮燈工作的可能將會給他們帶來更好的生存機會。

下一次太陽風暴何時降臨？

防患未然，應始於當下。想要預知下一次大型風暴什麼時候到來是不可能的：當發現太陽表面有活動發生的時候，我們最多只有三天的預警時間。下一個卡靈頓事件的發生，其實只是時間問題。

研究太陽的物理學家們也在觀察太陽，識別任何可能是日冕物質拋射現象預兆的活動。他們收集了大量太陽相關數據，試圖利用電腦分析這些數據使其與地磁暴聯繫起來。這項工作正在進行中，也會隨著時間的推移日益精確。雖然這項研究還未在拋射發生之前做出太陽風暴即將到來的可靠預測，但是它每年都在進步提高。

在我看來，基於可再生能源研發微型電網是最安全的行動措施之一。它們不僅可以提高人們當下的生活質量，還可以在災難事件發生的時候給予人們維持當前生存方式的最佳機會。

編譯丨路會會

選自丨The Conversion

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