▲左圖:1860年7月18日Gugliemo Tempel手繪的日全食圖像；右圖:1973年6月10日美國日空實驗室日冕觀測。

1967年5月，美蘇冷戰(zhàn)期間，美國在北半球部署的三大彈道導彈預(yù)警系統(tǒng)的雷達全部中斷。美軍懷疑是蘇聯(lián)的軍事干涉，戰(zhàn)斗機準備起飛接應(yīng)，戰(zhàn)爭迫在眉睫。

1972年8月，越南戰(zhàn)爭期間，美軍在越南投放的4000枚磁感應(yīng)地雷全部引爆。

1989年3月，加拿大魁北克正處于嚴冬，600萬人斷電9小時，社會處于混亂的邊緣。這些就像科幻電影里的情節(jié)。不，都是真的。是太陽風暴給現(xiàn)代文明帶來的災(zāi)難。誰也不能忽視。

什么是太陽風暴？

1860年7月18日，一位名叫Gugliemo Tempel的意大利人在西班牙觀察日全食時，用手畫了一幅畫。除了常見的結(jié)構(gòu)，右下角還有一個球。當時并沒有引起世界的關(guān)注。

100多年后的20世紀70年代，美國的7號衛(wèi)星和田空實驗室用日冕物質(zhì)拋射儀觀測到了類似的結(jié)構(gòu)。

日冕的工作原理類似于日全食，是為了遮擋太陽，所以可以觀測到太陽稀薄的外層大氣，稱為日冕。

所以眾所周知，古列莫·坦普爾在1860年手繪的面團，并不是天才的一筆。世人開始懷疑，一直認為寧靜的太陽大氣層有如此大規(guī)模的爆炸現(xiàn)象，科學上稱之為日冕物質(zhì)拋射。

隨后的衛(wèi)星觀測，特別是1995年發(fā)射的SOHO衛(wèi)星，表明日冕物質(zhì)拋射是一種普遍現(xiàn)象。在太陽活動最少的時期大約每天一次，在太陽活動最大的時期平均每天五次。它起源于日冕磁場的不穩(wěn)定性，在短時間內(nèi)將大量磁化物質(zhì)噴入行星際空間空。拋出的物質(zhì)可達數(shù)十億噸，速度可達每秒3000多公里！

▲SOHO衛(wèi)星觀測到的日冕物質(zhì)拋射

隨著空之間探索和研究的深入，人們逐漸認識到太陽風暴對人類居住的空之間的環(huán)境影響很大。它可以產(chǎn)生持續(xù)的高能粒子事件，危及宇航員的生命和科技設(shè)施。撞擊地球時，不僅會產(chǎn)生燦爛的極光，還會引起強烈的磁暴、電離層擾動和地面感應(yīng)電流，使衛(wèi)星、導航、無線電通信和地面電網(wǎng)癱瘓。

隨著人類對科學技術(shù)的依賴性越來越大，太陽風暴對現(xiàn)代科技社會的影響也越來越大。

什么是超級太陽風暴？

什么是超級太陽風暴并沒有精確的定義，超級太陽風暴一般是指概率小、影響大的事件。1859年的卡林頓事件常被用作參考。英國天文學家卡靈頓根據(jù)他后院望遠鏡的觀察，描繪了爆炸期間太陽上耀斑和黑子的形狀。

▲英國天文學家卡林頓于1859年9月1日繪制的黑子和耀斑。

當天午夜后4點發(fā)生了一次大的磁暴，甚至在低緯度的加勒比海也能看到伴隨的極光。當時人類還沒有進入現(xiàn)代科技社會，所以影響不大。即便如此，歐美的電報系統(tǒng)還是失靈了，電報線的放電甚至引發(fā)了火災(zāi)。

如果發(fā)生在當代，會有什么嚴重的后果？據(jù)美國空研究委員會粗略估計，如果一個超級事件撞擊地球，給現(xiàn)代科技社會造成的損失可高達數(shù)萬億美元，社會復蘇期為四到十年。

最近的一項研究給出了一個更“具體”的經(jīng)濟價值估計:如果美國66%的人口斷電，美國將損失420億美元……每天！

然而，太陽風暴的影響不僅僅是在經(jīng)濟層面。1967年5月23日，一場大爆炸導致美國彈道導彈預(yù)警系統(tǒng)雷達癱瘓。在關(guān)鍵時刻，美軍氣象員空指出，太陽爆炸中斷了雷達和無線電通訊，從而避免了可能發(fā)生的核戰(zhàn)爭。

▲1967年5月23日，大爆炸來自太陽中上部明亮的區(qū)域，幾乎把人類帶到核戰(zhàn)爭的邊緣。

1972年8月7日的另一次爆炸產(chǎn)生了歷史上最快的太陽風暴，在極短的時間內(nèi)到達地球，引爆了美軍投放的4000枚磁感應(yīng)地雷。如果核武器也被磁感應(yīng)感應(yīng)，會發(fā)生什么？結(jié)果如何不得而知，但從那以后，美軍投入了大量的精力來避免太陽風暴對其武器的影響。

▲1972年8月7日，爆炸來自海馬，引爆美軍4000枚磁感應(yīng)地雷。

狼真的來了！

科學家估計未來10年超級太陽風暴的概率在10%左右。然而，2012年7月23日和2017年7月23日的兩次超級太陽風暴給了我們重要的啟示，盡管它們沒有撞擊地球。2012年爆發(fā)造成的太陽風擾動類似于1859年的卡靈頓事件，而2017年爆發(fā)的類似于1989年的3月事件。

▲2012年7月23日和2017年7月23日爆發(fā)。

這兩個事件發(fā)生在同一個弱太陽活動周，最后一個事件接近最小太陽活動期，表明超級太陽風暴可能發(fā)生在太陽活動周的任何一個周和活動周的任何一個時間段。這兩個事件的對比揭示了超級太陽風暴可能是一個“完美風暴”，與傳統(tǒng)認為超級太陽風暴來自超級活動區(qū)或超級耀斑的觀點有很大不同。

“完美風暴”這個詞來自美國傳記作家塞巴斯蒂安·榮格爾1997年出版的一部小說，現(xiàn)在它已經(jīng)成為一個固定的詞。這并不意味著風暴是完美的，而是多種條件匯聚，大大增加了事件的強度。

歷史上的一些超級太陽風暴，比如1859年的卡靈頓事件，1972年的八月事件，1989年的三月事件，都符合“完美風暴”的特征。如果超級事件是“完美風暴”，說明超級太陽風暴比我們想象的要多！

戰(zhàn)略應(yīng)對的緊迫性。越來越多的決策者意識到太陽風暴研究的重要性及其對現(xiàn)代科技社會的危害。2015年10月，白宮科技政策辦公室發(fā)布了《國家空天氣戰(zhàn)略》和《國家空天氣行動計劃》，意味著空之間的天氣已經(jīng)升級為美國的國家戰(zhàn)略級別。2016年10月，美國甚至發(fā)布總統(tǒng)令，指示各大部委聯(lián)合應(yīng)對空天氣事件。

我們還提出了“xi計劃”，這是一個太陽和地球之間的天氣監(jiān)測計劃空。中國神話太陽神之母Xi·何以Xi·何的形象代表了該項目的科學使命，不僅表達了該項目在研究太陽活動起源和太陽系生命起源與演化方面的重大意義，也體現(xiàn)了監(jiān)測整個日地空間和保護人類生存環(huán)境的重要作用。該衛(wèi)星位于獨特的日地系統(tǒng)的第五拉格朗日點。這是一個穩(wěn)定的引力平衡點，在地球軌道上，距離太陽和地球的連線60度。它適用于觀測向地球傳播的太陽風暴，可以覆蓋太陽與太陽和地球之間的整個空間空。這些特征對于空之間的天氣研究和預(yù)報極其重要。

▲“Xi河計劃”日地天氣探測概念示意圖空。

就像茫茫夜海中的燈塔和前哨，“xi河工程”將永遠凝視著整個太陽風暴空。

在L5探測的基礎(chǔ)上，可以在它的共軛點L4放置一顆同樣構(gòu)型的衛(wèi)星，L4是未來日地系統(tǒng)另一個穩(wěn)定的引力平衡點。也可以作為國際合作的一個思路，可以和其他國家結(jié)合，同時做L4和L5檢測。L4-L5點同時觀測，將形成太陽與太陽和地球空的三角測量，更精確地觀測和跟蹤太陽風暴。

▲日地天氣監(jiān)測網(wǎng)概念圖空。

同時，在L4和L5點放置一顆衛(wèi)星，形成太陽與太陽和地球之間的三角測量空。一旦太陽風暴爆發(fā)，科學家可以利用L4-L5三角測量法實時跟蹤太陽風暴在整個太陽/地球空的傳播，實時確定傳播方向、距離和速度，從而做出空之間的實時天氣預(yù)報。這就像在地面天氣跟蹤颶風一樣。