历史上知名的强烈太阳风暴对地球的影响有多大

编者按："众多的空天还有许多不知道的奥妙有待探究"，为此，中科院之声与中国科学院国家空间科学中心联合开设“Calling太空”科普专栏，为咱们叙述风趣的故事，介绍一些与空间科学和航天相关的常识。

地球作为太阳系“宗族”的一员，深受太阳活动的影响。咱们的太阳是颗躁动不安的恒星。当太阳特别活泼时，太阳迸发活动喷宣布巨大的物质和能量，它们穿越星际空间，抵达地球邻近，引起地球空间环境的剧烈扰动，从而影响人类和其它生物的生计和活动。

一、太阳风暴迸发

在地球邻近，来自太阳的电磁辐射和带着太阳磁场的太阳风与地球磁场和地球大气相互作用，构成了由磁层、电离层和高层大气组成的相对安稳又严密耦合的杂乱系统，这个系统一般称为地球空间环境。当太阳剧烈迸发时，增强的电磁辐射、高能带电粒子流和高速等离子体云将对地球构成三轮进犯，打破地球空间环境相对安稳安静的局势。

太阳迸发对地球的三轮进犯暗示图

榜首轮进犯——增强的电磁辐射

太阳电磁辐射的能量首要散布在可见光和近红外光谱区。当太阳耀斑迸发时，射电、紫外和X射线波段的电磁辐射的增强起伏可达几个数量级。这些增强的辐射以光速（大约8分钟）抵达地球空间，因为磁层无法阻拦电磁辐射，它们就直接进入到电离层和高层大气，使电离层中的电子浓度急剧增大，引发电离层忽然打扰，可导致短波无线电信号式微，乃至中止。

第二轮进犯——高能带电粒子流

高能带电粒子流速度比炮弹快万倍以上，（大约30分钟）抵达地球空间后炮击磁层，并能打破地球磁场的重重防地，进入卫星轨迹，对卫星和其它空间飞行器来说或许便是一场灾祸；关于在空间执行使命的航天员来说，若遭遇到这样的高能粒子流，他们的生命安全或许会遭到要挟；关于穿越极区的航空乘客来说，若穿越时恰逢高能粒子流的沉降，他们的辐照剂量会增大，健康将受影响。因为极区地磁场的磁力线是敞开的，高能粒子流可以沿着磁力线沉降到极盖区上层大气中，引发极盖吸收事情，影响极区无线电通讯。

第三轮进犯——等离子体云

等离子体云以日冕物质抛射的方式从太阳上喷宣布来，将巨大的能量倾泄到磁尾的大尺度空间中，引发磁层剧烈动乱。磁尾高密度的等离子体在电磁场的驱动下，加快冲向地球（大约18小时-数天），增强赤道环电流，引起全球规划剧烈的地磁扰动——地磁暴，等离子体也或许在从磁尾注入到地球进程中被加快，一起有辐射带的高能电子火上加油，构成全球规划的高能电子增强现象——高能电子暴。等离子体还可以注入到极区和电离层中，引发电离层暴，一起炮击高层大气，构成绚烂多彩的极光。

二、前史上的强太阳风暴

太阳风暴的前史由来已久。19世纪50年代曾经，它留给人类首要是一幅幅多姿多彩的极光图画和一段段美丽动人的极光神话。在此之后，太阳风暴带给人类社会更多的是一道道伤痕，而且跟着社会发展，其损伤所触及的规划也越来越广，上可到太空中漫游的卫星，下可达海底中深埋的电缆。咱们经过三次强太阳风暴事情来了解一下太阳风暴的威力。

No.1 超强太阳风暴-1859年卡林顿事情

太阳风暴的等级可以从X射线耀斑、质子事情以及地磁暴的强度进行区分。在卡林顿事情发作期间，观测技能还不行老练，空间环境扰动监测数据也不行全面。但过后人们从高能粒子数量、极光规划、地磁扰动和形成的损害这几个方面仍是可以推断出卡林顿事情是前史最强太阳风暴。

太阳迸发暗示图

事情强度

高能粒子数量：大于30兆电子伏的质子通量到达1.9×1010个/cm2，是排名第四的1972年高能粒子事情的4倍。创下了迄今为止高能粒子事情最强纪录。

极光规划：1859年8月28日-9月4日磁暴期间，在北美、南美、欧洲、亚洲等多地看到极光。在古巴，人们竟然可以在极光下读晨报，这些纪录一向坚持到现在。

地磁扰动：在太阳耀斑迸发的17.5小时后，Dst指数最大下降到-1760纳特。这次事情的地磁暴强度是1989年3月地磁暴的4倍。

1859年大磁暴期间，低纬区域观测到的赤色极光

（这张相片是2001年5月磁暴期间在加利福尼亚纳帕山沟拍到的）

“卡林顿”事情与十大空间灾祸事情Dst比照图

形成的损害

卡林顿事情对电报业形成严峻损害。意大利的托斯卡纳等广阔区域的电报站机器都呈现了闪火花现象，乃至电线也被熔化了。而且跟着时间推移，波士顿至波特兰的电报线在没有电池的状况下，依托地磁暴发作的电流继续作业长达两小时之久。

卡林顿事情对电报职业形成严峻损害

No.2 1989年3月太阳风暴-魁北克省大断电事情

1989年3月，日面上呈现了一个超级活动区，该活动区掀起了一场剧烈的太阳风暴，使地球上发作了一次史上有名的强磁暴，一起也给人类社会带来了一系列灾祸。此次太阳风暴的损害首要表现为对加拿大魁北克省电力系统的严峻损坏，因而，咱们将这次太阳风暴称为“魁北克省大断电事情”。

魁北克省大断电事情

事情强度

高能粒子通量：受太阳耀斑及抛射的等离子体云影响，发作2次强太阳质子事情。榜首次大太阳质子事情继续5天，峰值通量为1500pfu，第二次大太阳质子事情继续2天，峰值通量为1250pfu。

地磁暴：这次地磁暴接连10个3小时Kp指数大于7，有2个3小时ap指数到达最大值400。依据1932年以来每天的Ap指数来排序，3月13日的Ap值排名高居第二，为246。这次地磁暴Dst指数值为-589纳特斯拉，其强度远大于排名第二的-429纳特斯拉。

电离层扰动：共发作100屡次电离层忽然打扰。

大气层扰动：480千米高度处的大气密度添加了4倍。

极光：较低纬度区域如北半球的美国佛罗里达州、古巴等地都看到了极光。

地上台站所取得的各地磁指数

形成的损害

电力系统：加拿大魁北克省电力系统遭到严峻损坏。地球强磁暴导致加拿大魁北克省电网首要线路上的一个变压器因感应电流过大而焚毁，整个电网在不到90秒钟就悉数瘫痪，致使该电网所统辖的区域堕入漆黑和冰冷。

卫星：在太阳迸发活动期间，地球高轨迹高能粒子通量和低轨迹大气密度的添加以及地球磁场剧烈改变导致许多卫星也遭受了不同程度的影响。如美国GOES-7卫星丢失了一半太阳能电池，致使其寿数缩短了一半；3月17日，日本通讯卫星CS-3B失常，搭载在卫星上的备用指令电路损坏等等。

磁暴对电力系统影响（暗示），白色表明灯火通明

No.3 2003年万圣节太阳风暴

2003年10月底至11月初期间，太阳上发作了一系列激烈的迸发活动，形成了日地空间环境巨大扰动。受此影响，美国加州中部上空呈现了稀有的极光；约对折卫星呈现毛病，日本先进地球观测卫星-2（ADEOS-2）彻底失效；全球规划内的通讯遭到搅扰，海事紧迫呼叫系统瘫痪，珠峰探险队通讯中止；全球定位系统精度下降；瑞典5万人的电力供给中止……如此激烈的太阳风暴在前史上十分稀有，因正值西方万圣节前后而被命名为“万圣节太阳风暴”。

黑子群AR486迸发X28级巨耀斑

事情强度

太阳耀斑：日面上共迸发了57个M级以上的X射线耀斑，包含11个X级的大耀斑；一起随同有至少15个晕状日冕物质抛射及很多的小日冕物质抛射。其间X28级巨耀斑是自1976年以来观测到的最大耀斑。

高能粒子通量：太阳质子事情的峰值流量到达29500pfu，是GOES卫星1976年观测以来第4大值。

地磁暴：Ap指数到达204，是自1932年有记载以来的第9大极值。

万圣节太阳风暴期间的高能粒子环境与地磁环境

形成的损害

通讯卫星：致使46颗通讯卫星报告了失常。

世界空间站：阅历了失常摩擦阻力。

深空使命：安装在“奥德赛号”飞船上的火星环境辐射勘探仪((MARIE)，其意图原本是用于勘探星辐射环境以确认宇航员在火星上所遭遭到的辐射风险，在28日却因为粒子辐射宣布温度赤色警报而主动封闭，至今没有康复。

地球轨迹卫星：大约59%的空间科学使命遭到了影响，其间24%的使命封闭的仪器选用可维护行为。

通讯：全球短波通讯中止，超视距雷达、民航通讯呈现毛病；伊拉克战场美英联军通讯遭到影响；珠穆朗玛峰探险队和一些电视广播通讯公司遭到了严峻的高频射电短期搅扰；我国北方短波通讯遭到严峻搅扰，北京、满洲里无线电观测点短波信号一度中止。

导航：罗兰Ｃ导航定位系统报告了数次的搅扰问题，GPS用户也报导了使用虚弱和中止。

航空：极区航线遭到很大影响。

电力：瑞典马尔默市南部的一个电力系统遭到损坏，有5万居民用电供给中止。

三、怎么应对太阳风暴？

了解了前史上强太阳风暴带给人类社会的损害，咱们应该清楚强太阳风暴或许给国家安全安稳与经济社会发展带来的损害，是当时有必要高度注重的一种自然灾祸现象。咱们不能对激烈的太阳风暴及其影响漫不经心。针对我国国家要害基础设施防护办法有限，空间财物很多添加的状况，怎么应对极点空间气候的影响，既是各级政府的职责，也是空间科学范畴和各社会团体的根本职责，有必要做到有备无患。

一是加强空间气候事情常识遍及，进步对其潜在损害性的知道。

我国对空间气候事情观测、预告、产品制造与服务起步较晚，现在仍限制在部分事务范畴，首要会集在对空间财物的影响及防护。我国要害基础设施规划大、防护办法不到位，大部分国家要害基础设施办理与运转系统对空间气候事情影响缺少根本知道。因而，首要应大力推动空间气候事情及影响常识的遍及，进步对极点空间气候事情影响损害的知道。需求加大有关太阳、日地空间、空间气候事情、事情影响等常识的科普宣扬。一起，依据现代信息传达手法的特色，制造方式多样且简单被不同受众承受的信息产品。

二是大力构建空间环境研讨与观测网，进步空间气候预告产品服务水平。

空间气候改变与太阳活动直接相关，既有必定的改变特征和规则，又有很大随机性与突发性。因而，空间气候事情预告和预警有必要树立在继续太阳观测，以及长时间前史堆集材料分析研讨基础上。首要，要树立以地上观测系统为主，地上与空间观测相结合的太阳观测网，进一步做好观测数据堆集、处理与使用作业。其次，要加强基础研讨，针对太阳活动改变的规则及对地球空间环境影响的特征，研讨拟定相应的规范系统。第三，不断进步空间气候预告产品制造与服务水平，理顺空间气候预告产品的服务途径，增强对极点空间气候事情的预告预警才能。

三是积极参加世界空间环境范畴协作，不断提高应对空间气候事情才能。

空间气候事情影响作为一种全球安全要挟，遭到越来越多国家政府的注重，正在成为各国政府联合应对的全球应战。长时间以来，由世界组织联合展开的太阳观测、研讨等活动，在空间环境研讨、空间气候事情猜测等方面发挥了积极作用。我国作为一个世界性大国，在空间研讨开发利用等方面有才能和职责走在前列。咱们应积极参加空间气候与空间环境观测研讨范畴世界协作，一起，也有职责牵头和倡议世界协作项目，同享世界研讨成果，一起提高应对空间气候事情的才能。

来历：中国科学院国家空间科学中心