科学家发现:毁灭性的太阳风暴通常每 25 年左右袭击地球一次

来自:前瞻网 2020-02-03

图片来源:NASA/Steele Hill

根据一项新的研究,每 25 年一次的太阳风暴足以对地球上的电子设备造成巨大的破坏。威力较小但仍然危险的风暴每三年左右发生一次。

这一结论来自华威大学和英国南极调查局的一组科学家。

这些强大的风暴可以破坏诸多电子设备,包括通信设备、航空设备、电网和卫星。

研究小组确定了两种强磁暴 :" 超级大风暴 " 是最强的,平均每 25 年发生一次。较弱但仍然危险的 " 严重超级风暴 " 平均每三年发生一次。

提出这些结果的新论文是 " 利用过去 14 个太阳周期的 aa 指数来描述极端地磁活动 "。这项研究发表在《地球物理研究快报》杂志上。第一作者是华威大学的查普曼博士(S.C. Chapman)。

太阳风暴也被称为地磁暴。它们是由太阳将带电粒子送入太空的扰动引起的。当这些粒子撞击地球的磁层时,就会引起风暴。

这些粒子可能来自日冕物质抛射 ( CME ) 、同旋转相互作用区 ( CIR ) 和日冕洞,它们释放出的高速太阳风的速度是普通太阳风的两倍。

最著名的地磁风暴是 1859 年的卡灵顿事件。卡灵顿事件也是有记录以来最强的地磁风暴。这场风暴摧毁了世界各地的一些电报系统,引发了一些火灾,甚至震惊了一些电报运营商。

时间再拉近一点,1989 年魁北克的一场风暴破坏了电力分配系统,并产生了强大的极光,远至德克萨斯州南部都能看到。

随着我们的世界越来越紧密地联系在一起,太阳风暴带来的风险也越来越大。不仅是我们的电力分配系统,还有全球通信系统。

我们的卫星可能是最脆弱的,现代社会比许多人想象中更依赖它们。据计算,像卡灵顿这样强大的风暴,如果发生在今天,将会造成数十亿,甚至数万亿美元的损失。

科学家们对这些风暴很感兴趣,因为需要预测它们。这篇新论文是基于 150 年前的磁场数据。作者说,他们可以探测到在那段时间里有多少强风暴,以及它们发生的频率。

在一份新闻稿中,来自华威大学核聚变、空间和天体物理中心的主要作者桑德拉 · 查普曼教授说 :" 这些超级风暴是个罕见的事件,但估计它们发生的几率是应对它们的重要部分,这是保护关键国家基础设施所必需的。"

在论文中,作者指出,在过去的 150 年里," 严重 " 磁暴发生了 42 次,大约每三年一次。在 150 次超级风暴中,有 6 年发生了威力更大都风暴,也就是大约每 25 年一次。通常这些风暴只持续几天,但它们仍然会对现代科技造成很大的破坏。

超级风暴会导致电力中断、卫星中断或损坏、航空中断,并导致 GPS 信号和无线电通信暂时中断。GPS 不仅仅是用来导航的,现代银行系统严重依赖 GPS 来同步金融交易。

查普曼说 :" 这项研究提出了一种处理历史数据的新方法,以便更好地了解超级风暴发生的几率以及未来我们可能看到的超级风暴活动。"

卡灵顿事件并不是研究的一部分,因为研究人员观察的数据并没有那么久远。他们的磁场数据来自地球的另一端,来自英国和澳大利亚的气象站。它涵盖了过去 14 个太阳周期,可以追溯到太空时代之前。

他们的分析表明,像卡灵顿事件这样强大的超级风暴可能比想象中更常见,它们可能随时发生,几乎没有任何预警。

英国南极调查局的太空气象专家理查德 · 霍恩教授说 :" 我们的研究表明,超级风暴发生的频率比我们想象的要高。不要被数据误导,它随时可能发生,我们只是不知道什么时候,现在我们也无法预测什么时候。"

这些风暴产生于太阳,但太空天气可以通过观察地球表面磁场的变化来监测。从 1957 年太空时代开始,地球上的多个空间站就有高质量的数据。

科学家们知道太阳大约有一个 11 年的活动周期,在这个周期中太阳的强度是会变化的。问题是没有足够的数据。它只覆盖了 5 个太阳周期。

要更好地了解强烈的太阳风暴及其发生率,需要更大的数据集,涵盖更多的太阳周期。在这项新研究中,研究人员追溯了更久远的过去。

科学家研究了 aa 地磁指数,该指数来自英国和澳大利亚,位于地球的两端。aa 指数抵消了地球的背景场,回溯到 150 年前,即 14 个太阳周期。这是地球表面磁场变化最长、几乎连续的记录。

研究小组使用 aa 指数前几个百分点的年平均值来得出结论。这就是为什么他们发现在 150 年中有 42 年发生了 " 严重 " 超级风暴,而在 150 年中有 6 年发生了更罕见但更强大的 " 超级大风暴 "。

这意味着这些极端风暴每 25 年发生一次。例如,1989 年导致魁北克大停电的风暴就是一场大风暴。

几年前,有一次擦肩而过。那是在 2012 年,太阳从异常巨大而强烈的日冕物质抛射中释放出了强大的能量。幸运的是,地球并没有在它的轨道上。但数据显示,如果它袭击了我们,那将是一场超级大风暴。

人们对太阳和它给我们带来的太空天气越来越感兴趣。随着我们的经济和生活方式越来越依赖于卫星、通信和电网,政府和机构已经把了解和预测太空天气作为一项优先任务。

现在有几个航天器正在研究太阳,包括 SOHO ( 太阳日光层观测站 ) 、SDO ( 太阳动力学观测站 ) 和帕克太阳探测器。这些航天器增进了我们对太阳的了解,增强了我们预测这些危险风暴的能力。