1967年5月，美蘇冷戰(zhàn)時(shí)期，美國部署在北半球的三大彈道導(dǎo)彈預(yù)警系統(tǒng)的雷達(dá)全部中斷。

1972年8月，越南戰(zhàn)爭時(shí)期，美軍投放在越南海域的4000磁感應(yīng)水雷全被引爆。

1989年3月，加拿大魁北克正值嚴(yán)冬，600萬人斷電，時(shí)間長達(dá)9小時(shí)，社會陷入混亂的邊緣。

這些像是科幻片里的情節(jié)。不，都是真實(shí)的，這是太陽風(fēng)暴帶給現(xiàn)代文明的災(zāi)難。誰都無法置之度外。

左：1860年7月18日Gugliemo Tempel手繪的日全食圖像；右：1973年6月10日美國天空實(shí)驗(yàn)室（Skylab）的日冕儀觀測。

什么是太陽風(fēng)暴?

1860年7月18日，一個(gè)叫 Gugliemo Tempel 的意大利人在西班牙觀測日全食時(shí)手繪了一幅圖像。圖中除了常見的結(jié)構(gòu)外，右下角有一團(tuán)狀物。當(dāng)時(shí)并沒有引起世人注意。一百多年后，即上個(gè)世紀(jì)70年代，美國的OSO-7衛(wèi)星和天空實(shí)驗(yàn)室（Skylab）利用日冕儀觀測到了類似結(jié)構(gòu)。日冕儀的工作原理與日全食類似，都是遮擋太陽，因此太陽的外層稀薄大氣，稱為日冕，可以被觀測到。由此才知道1860年 Gugliemo Tempel 手繪的團(tuán)狀物并非天馬行空的神來之筆。世人開始驚訝，一向認(rèn)為寧靜的太陽大氣竟有如此大尺度的爆發(fā)現(xiàn)象，科學(xué)上稱為日冕物質(zhì)拋射（CME）。

隨后大量的衛(wèi)星觀測，特別是1995年發(fā)射的SOHO衛(wèi)星，表明日冕物質(zhì)拋射是一種常見的現(xiàn)象。在太陽活動極小期每天約1次，太陽活動極大期每天平均5次。它源于日冕磁場的不穩(wěn)定性，短時(shí)間內(nèi)大量的磁化物質(zhì)被拋射至行星際空間。被拋出的物質(zhì)可達(dá)數(shù)十億噸，速度可高達(dá)每秒3000多公里！

SOHO衛(wèi)星觀測到的日冕物質(zhì)拋射

隨著空間探測和研究的不斷深入，逐漸認(rèn)識到太陽風(fēng)暴對人類生存的空間環(huán)境有著巨大影響。它能產(chǎn)生持久的高能粒子事件，危及宇航員的生命和太空科技設(shè)施。撞擊地球時(shí)，除產(chǎn)生絢麗的極光外，也會引起強(qiáng)烈的地磁暴、電離層擾動和地面感應(yīng)電流，使衛(wèi)星、導(dǎo)航、無線電通訊和地面電網(wǎng)癱瘓。隨著人類對科技依賴的日益加深，太陽風(fēng)暴對現(xiàn)代科技社會的影響也日益加重。

什么是超級太陽風(fēng)暴?

對于什么是超級太陽風(fēng)暴，并無精確的定義，一般指低概率、高影響的事件。經(jīng)常被用作參考的是1859年的卡林頓事件，英國天文學(xué)家卡林頓根據(jù)自家后院望遠(yuǎn)鏡的觀測，手繪了爆發(fā)時(shí)太陽上耀斑和黑子的形態(tài)。

英國天文學(xué)家卡林頓手繪的1859年9月1日的太陽黑子和耀斑。

當(dāng)日午夜后的4點(diǎn)（約爆發(fā)后的18個(gè)小時(shí)）發(fā)生了一次大的地磁暴，伴隨的極光甚至在低緯的加勒比海地區(qū)也能看到。那時(shí)人類尚未進(jìn)入現(xiàn)代科技社會，所以影響較小。即使如此，歐美的電報(bào)系統(tǒng)失靈，電報(bào)線的放電甚至引起了火災(zāi)。

倘若發(fā)生在當(dāng)代，會有多嚴(yán)重的后果呢？據(jù)美國空間研究委員會粗略估計(jì)，若一個(gè)超級事件撞到地球，對現(xiàn)代科技社會造成的損失可高達(dá)數(shù)萬億美元，社會恢復(fù)的周期為4-10年。最近一個(gè)研究則給出更為“具體的”經(jīng)濟(jì)學(xué)價(jià)值上的估計(jì)：若美國66%的人口斷電，美國的損失將為420億美元……每天！

然而，太陽風(fēng)暴的影響并非僅僅在經(jīng)濟(jì)層面。

1967年5月23日的一次大爆發(fā)，導(dǎo)致了上述美國彈道導(dǎo)彈預(yù)警系統(tǒng)雷達(dá)的癱瘓。緊急關(guān)頭，美軍空間天氣預(yù)報(bào)員指出是太陽爆發(fā)中斷了雷達(dá)和無線電通訊，由此避免了一場可能發(fā)生的核戰(zhàn)爭。

1967年5月23日大爆發(fā)來自太陽中上部的明亮區(qū)域，幾乎把人類帶入核戰(zhàn)爭邊緣。

1972年8月7日的另一次爆發(fā)產(chǎn)生了歷史上最快的太陽風(fēng)暴，以極短的時(shí)間（14.6小時(shí)）到達(dá)地球，引爆了美軍投放的4000磁感應(yīng)水雷。如果核武器同樣由磁感應(yīng)引發(fā)，將會產(chǎn)生什么樣的后果？結(jié)果不得而知，但此后美軍投入大量精力來避免其武器遭受太陽風(fēng)暴影響。

1972年8月7日爆發(fā)來自海馬狀區(qū)域，引爆了美軍4000磁感應(yīng)水雷。

“狼”真的要來了，而且比你想象的還要多！

科學(xué)家估計(jì)未來10年發(fā)生超級太陽風(fēng)暴的概率是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(fēng)暴事件給了我們重要啟示，雖然它們并沒有撞到地球。2012年爆發(fā)產(chǎn)生的太陽風(fēng)擾動與1859年的卡林頓事件類似，而2017年爆發(fā)則堪比1989年3月份事件（該事件造成了自太空時(shí)代以來最嚴(yán)重的地磁暴，導(dǎo)致了加拿大魁北克的大停電）。

2012年7月23日爆發(fā)（左）與2017年7月23日爆發(fā)（右）。

這兩次事件發(fā)生在同一個(gè)很弱的太陽活動周，而且后一次爆發(fā)接近太陽活動極小期，表明超級太陽風(fēng)暴可發(fā)生于任何太陽活動周、活動周的任何時(shí)間段。這兩次事件的比較揭示超級太陽風(fēng)暴可能是“完美風(fēng)暴”，這與認(rèn)為超級太陽風(fēng)暴來自超級活動區(qū)或超級耀斑的傳統(tǒng)觀念截然不同。

“完美風(fēng)暴”這一詞匯來自美國傳記作家 Sebastian Junger 1997年發(fā)表的一部小說（Perfect Storm），如今已成為固定詞匯。它并不是指風(fēng)暴是完美的，而是指多種條件匯聚在一起使得事件強(qiáng)度大大增加。歷史上一些超級太陽風(fēng)暴，如上文的1859年卡林頓事件、1972年8月事件、1989年3月事件等，都符合“完美風(fēng)暴”特征。如果超級事件是“完美風(fēng)暴”，意味著超級太陽風(fēng)暴比我們想象的還要多！

戰(zhàn)略應(yīng)對的緊迫性

越來越多的決策者意識到了太陽風(fēng)暴研究的重要性和對現(xiàn)代科技社會的危害。2015年10月美國白宮科技政策辦公室發(fā)布了“國家空間天氣戰(zhàn)略”和“國家空間天氣行動計(jì)劃”，意味著空間天氣被提升至美國國家戰(zhàn)略層面。2016年10月美國更發(fā)布了總統(tǒng)令，責(zé)成各大部委聯(lián)合應(yīng)對空間天氣事件。

我們也已提出日地空間天氣監(jiān)測計(jì)劃——“羲和計(jì)劃”。羲和為中國神話中的太陽神之母，以羲和形象代表項(xiàng)目的科學(xué)使命，既表達(dá)了項(xiàng)目對研究太陽活動起源、太陽系內(nèi)生命起源與演化的重要意義，又體現(xiàn)了對整個(gè)日地空間進(jìn)行監(jiān)測和保護(hù)人類生存環(huán)境的重要作用。

衛(wèi)星位于得天獨(dú)厚的日地系統(tǒng)第五拉格朗日（L5）點(diǎn)。這是穩(wěn)定的引力平衡點(diǎn)，處于地球軌道上，離開日地連線60度，適合觀測朝向地球傳播的太陽風(fēng)暴，并可覆蓋太陽和整個(gè)日地空間。這些特點(diǎn)對于空間天氣研究和預(yù)報(bào)極其重要。

“羲和計(jì)劃”日地空間天氣探測概念示意圖。猶如茫茫夜海中的燈塔與前哨，“羲和計(jì)劃”將時(shí)刻凝視著整個(gè)日地空間，這一太陽風(fēng)暴的侵襲之路。

在L5點(diǎn)探測的基礎(chǔ)上，未來可以在其共軛點(diǎn)，L4，日地系統(tǒng)的另一穩(wěn)定的引力平衡點(diǎn)，放置一顆同樣配置的衛(wèi)星。也可以作為國際合作的設(shè)想，聯(lián)合其他國家把L4、L5兩點(diǎn)探測同時(shí)做起來。L4–L5兩點(diǎn)的同時(shí)觀測，將形成對太陽和日地空間的三角測量，更加精確的觀測和跟蹤太陽風(fēng)暴。

日地空間天氣監(jiān)測網(wǎng)概念示意圖。在L4和L5點(diǎn)同時(shí)各放置一顆衛(wèi)星，形成對太陽和日地空間的三角測量。

一旦太陽風(fēng)暴爆發(fā)，科學(xué)家可以運(yùn)用L4–L5點(diǎn)三角測量，實(shí)時(shí)跟蹤太陽風(fēng)暴在整個(gè)日地空間的傳播，實(shí)時(shí)確定傳播方向、距離和速度，從而實(shí)時(shí)的作出空間天氣預(yù)報(bào)。就像地面天氣中跟蹤颶風(fēng)一樣。

來源：中科院之聲