我們迫切需要太空“氣象”預報？

　　太陽風暴會對地球造成嚴重破壞，而且它們會在沒有預警的情況下襲來。因此，我們迫切需要——太空“氣象”預報

　　征兆在2022年1月30日就出現了，但當時沒有人預料到它有多嚴重。那天，太陽向著地球拋出一團日冕物質，形成太陽風暴。這本來不是一個大問題，雖然太陽風暴能加熱地球的大氣層，使其膨脹，導致地球低空衛星運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，當美國著名的私人航天公司SpaceX將49顆星鏈衛星發射到低空軌道之后，發現衛星遭遇了比預期大得多的阻力。最后，這些衛星墜落下來，在大氣層中燒毀。

　　這一事故顯示了太陽的“任性”有時會給我們帶來多大的破壞力。

　　太陽風暴的破壞性不堪設想

　　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，我們也生存在持續的太陽風的威脅之下。太陽風攜帶著大量帶電粒子，幸好它們中大多數被地磁場偏轉了，到達不了地面，頂多只在兩極的大氣中形成炫麗的極光。

　　然而，每隔一段時間，太陽就會吐出更多的物質，形成所謂的日冕物質拋射(CEM)，到達地球就是太陽風暴。太陽風暴威脅到地球上的衛星和基礎設施，襲擊星鏈衛星只是一個小小的例子。

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

　　幸好如此大規模的太陽風暴發生在科技還不太發達的19世紀，如果發生在今天，后果更不堪設想。今天，我們更加依賴電力，而電網在太陽風暴面前是脆弱的。我們有大量的低軌道衛星，無數車輛、船只、飛機依靠GPS導航，還有人在空間站生活。太陽風暴甚至可以破壞互聯網。

　　要把危害降低需要我們像預報天氣一樣，預報太空的“氣象”。

　　太空“氣象”預報

　　日冕物質拋射是太陽在磁暴活動中拋射出來的，磁暴活動通常伴有耀斑。射出的粒子需要一兩天時間才能到達地球。因此，太空氣象預報的基本思路是：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)，尋找任何拋射出的日冕物質;如果日冕物質向地球方向移動，就發出警報。

　　雖然這原則上很簡單，但在實踐中并不容易。因為最近的研究表明，一些太陽風暴可能會在完全沒有可見耀斑的情況下襲向我們。在過去幾年里，太陽物理學家已經開始懷疑，一些日冕物質是悄悄來到地球的。他們把這稱為“隱形日冕物質拋射”(隱形CME)。

　　如果隱形CME的出現沒有任何預兆，它們的來襲就是不可預測的，這對于我們是個極大的打擊。但天文學家并不甘心，還是想方設法去發現隱形CME出現前蛛絲馬跡的預兆。

　　目前，有一群天文學家正在研究隱形的CME。他們也確實找到了一些隱形CME出現前的暗示，如太陽表面的一個瑕疵或一個不尋常的圖案等，不過離預報還是相當遙遠。

來自太陽的帶電粒子在北極上空形成的炫麗的極光

　　同時，一些天文學家認為，推動隱形CME和可預測的CME(即伴隨耀斑的CME)形成的物理機制很可能是不同的。因此，迫切需要對太陽的活動有更深入的了解。為此，他們把現有在太陽系內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站點。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，還有歐日聯合的水星任務以及歐美聯合的SOHO任務，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，要可靠地預報太空“氣象”，任務仍然十分艱巨。

　　我們知道，太陽活動大約以11年為一個周期，從低谷到高潮再到低谷。在太陽活動進入最低點前后，天文學家估計多達三分之一的CME是隱形的。當太陽活動進入極盛期，情況更糟。那時候甚至連可見的耀斑都很難與特定的日冕物質拋射聯系起來，更不用說隱形的日冕物質拋射了。

　　上一次太陽活動最低點是在2019年12月。現在，太陽正朝著高潮期上升，預期2025年左右達到最高點，屆時地球衛星、電網和互聯網等基礎設施將面臨巨大的風險。時不我待，但愿太空“氣象”預報系統能早日建立和完善起來。

　　炸鍋的互聯網

　　沒有互聯網，你能忍耐多久?隨著太陽活動進入下一個最高點，預計到了2025年左右，答案就會揭曉。

　　2021年，一份關于太陽活動可能影響互聯網的分析報告認為，橫跨海底的光纜特別容易受到影響。這是因為海底光纜需要很長的電線來連接各個“中繼站”，即防止光信號產生誤差的設備。當一個大規模的太陽風暴襲來時，磁暴可能會在連接中繼站的電線中引起巨大的電流。屆時，80%的海底光纜可能失效。

　　如果能提前預警，以某種方式切斷電路，可能會有幫助，但預警并不總是可能的，尤其當太陽風暴是由隱形的日冕物質拋射引起的時候。而修復海底電纜的成本很高，也很耗時。總之，不管是提前切斷還是為了修復，我們都可能不得不面臨長時間斷網的風險。