太陽(yáng)風(fēng)暴（Solar storm），是一種自然現(xiàn)象，指太陽(yáng)上的劇烈爆發(fā)活動(dòng)及其在日地空間引發(fā)的一系列強(qiáng)烈擾動(dòng)。
“太陽(yáng)風(fēng)暴”并非科技術(shù)語(yǔ)，而是太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)及其引起的近地?cái)_動(dòng)的一種形象和通俗的說(shuō)法。太陽(yáng)風(fēng)暴過程是由太陽(yáng)活動(dòng)開始，太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)通過耀斑爆發(fā)和日冕物質(zhì)拋射等形式向外傳遞能量和物質(zhì)(比如全波段的電磁輻射、高能粒子、磁化等離子云等)，這些電磁輻射、高能粒子和等離子體物質(zhì)，在行星際空間傳播并且和行星際介質(zhì)、地磁場(chǎng)相互作用，進(jìn)而影響到整個(gè)日地之間的空間環(huán)境，這樣一個(gè)劇烈的空間天氣過程，就被稱為太陽(yáng)風(fēng)暴?？茖W(xué)家通過對(duì)太陽(yáng)活動(dòng)和近地空間環(huán)境的檢測(cè)和研究，了解到太陽(yáng)風(fēng)暴具有周期性、突發(fā)性和地域性的特點(diǎn)。
太陽(yáng)風(fēng)暴是絕大多數(shù)空間天氣的驅(qū)動(dòng)源，而因?yàn)樘?yáng)風(fēng)暴導(dǎo)致的空間天氣變化，會(huì)影響到依賴于高空環(huán)境和在其中運(yùn)行的空間飛行器所進(jìn)行的活動(dòng)，也會(huì)危害宇航員和高空飛行員的身體健康。此外還能影響到地面上的長(zhǎng)距離電力和油氣輸運(yùn)，嚴(yán)重的太陽(yáng)風(fēng)暴甚至能夠影響到在大氣層之下、遠(yuǎn)離深空的普通人類正常的生產(chǎn)、生活甚至生理健康。為了降低太陽(yáng)風(fēng)暴帶來(lái)的影響，科學(xué)家通過不斷研究，現(xiàn)在已經(jīng)形成了以地面觀測(cè)系統(tǒng)為主，地面與空間觀測(cè)相結(jié)合的太陽(yáng)觀測(cè)網(wǎng)，從而不斷提高太陽(yáng)風(fēng)暴預(yù)報(bào)產(chǎn)品制作與服務(wù)水平，增強(qiáng)預(yù)報(bào)預(yù)警能力。
產(chǎn)生原因
太空并不是完全的“真空”，太陽(yáng)物質(zhì)外流形成太陽(yáng)風(fēng)，當(dāng)太陽(yáng)上有劇烈的爆發(fā)活動(dòng)，如耀斑和日冕物質(zhì)拋射出現(xiàn)的時(shí)候，太陽(yáng)風(fēng)會(huì)受到劇烈擾動(dòng)，形成太陽(yáng)風(fēng)暴?？梢哉f(shuō)太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)就是太陽(yáng)風(fēng)暴的起源，太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)主要有耀斑和日冕物質(zhì)拋射這兩個(gè)方面。耀斑是太陽(yáng)電磁輻射突然增強(qiáng)的一種表現(xiàn)，最常見的表現(xiàn)就是在太陽(yáng)觀測(cè)圖片上某區(qū)域突然增亮。日冕物質(zhì)拋射指的是太陽(yáng)上的一團(tuán)帶有磁場(chǎng)的等離子體，脫離太陽(yáng)的束縛向外拋出的一種現(xiàn)象。耀斑和日冕物質(zhì)拋射并不一定同時(shí)出現(xiàn)。太陽(yáng)黑子活動(dòng)也是產(chǎn)生太陽(yáng)風(fēng)暴的原因，這是1962年由美國(guó)水手2號(hào)發(fā)現(xiàn)的，太陽(yáng)因?yàn)槟芰吭黾佣沟米陨砘顒?dòng)增強(qiáng)，從而向廣袤空間中釋放出大量帶電粒子，形成高速度粒子流，科學(xué)家們將這樣一個(gè)現(xiàn)象比喻為太陽(yáng)打“噴嚏”。
還有一項(xiàng)研究表明，太陽(yáng)“磁場(chǎng)索”是導(dǎo)致太陽(yáng)風(fēng)暴的原因。美國(guó)喬治·梅森大學(xué)研究小組發(fā)現(xiàn)，太陽(yáng)風(fēng)暴是由巨大的磁場(chǎng)索所導(dǎo)致。研究結(jié)論表示，磁場(chǎng)索由盤繞扭曲的磁場(chǎng)線組成，能夠產(chǎn)生強(qiáng)電流引發(fā)太陽(yáng)風(fēng)暴。
現(xiàn)象
太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)向空間拋射出大量物質(zhì)和能量，通常以增強(qiáng)的電磁輻射、高能帶電粒子流和等離子體云等三種形式表現(xiàn)出來(lái)，如果是一些較強(qiáng)的爆發(fā)活動(dòng)，這三種能量形式會(huì)同時(shí)出現(xiàn)。這些能量會(huì)引發(fā)各類近地空間環(huán)境的擾動(dòng)，這就形成了太陽(yáng)風(fēng)暴對(duì)地球的攻擊。但是三種能量到達(dá)地球的時(shí)間是不同的，第一波是增強(qiáng)的電磁輻射，以光速運(yùn)行，爆發(fā)后約8min就能到達(dá)地球；第二波是高能帶電粒子流，以亞光速運(yùn)行，爆發(fā)后幾十分鐘到達(dá)地球；第三波是高速等離子體云，在爆發(fā)后需要1～4天才到達(dá)地球。這三波能量依時(shí)間次序，先后對(duì)地球空間形成三輪攻擊，造成磁層、電離層和高層大氣環(huán)境的劇烈擾動(dòng)，引發(fā)一系列空間天氣災(zāi)害事件。
增強(qiáng)的電磁輻射
增強(qiáng)的電磁輻射是太陽(yáng)風(fēng)暴對(duì)地球的第一輪攻擊，在太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)后8分鐘就能到達(dá)地球。太陽(yáng)耀斑爆發(fā)之后，增強(qiáng)的電磁輻射以光速到達(dá)地球空間。地球的磁層無(wú)法對(duì)這些電磁輻射進(jìn)行攔截，它們直接就進(jìn)入到了地球的電離層和高層大氣。這些電磁輻射引起了電離層突然擾動(dòng)，導(dǎo)致短波無(wú)線電信號(hào)衰減甚至中斷，影響短波通信；導(dǎo)致低頻信號(hào)反射高度降低，影響長(zhǎng)波導(dǎo)航和對(duì)潛通信；引起電波傳輸?shù)?a href="/hebeideji/6649191997626241028.html">時(shí)延增加，導(dǎo)致導(dǎo)航定位誤差增大。
高能帶電粒子流
高能帶電粒子流是太陽(yáng)風(fēng)暴對(duì)地球的第二輪攻擊，在太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)后幾十分鐘到達(dá)地球。主要導(dǎo)致地球中高軌道尤其是同步軌道高度的高能質(zhì)子等粒子通量急速上升，發(fā)生太陽(yáng)質(zhì)子事件。太陽(yáng)噴發(fā)出來(lái)的密集的高能帶電粒子組成高能帶電粒子流，在到達(dá)地球空間后轟擊磁層，突破磁層之后進(jìn)入衛(wèi)星軌道，甚至還能直接深入電離層、大氣層和地表空間。高能帶電粒子流影響在軌衛(wèi)星的安全，威脅航天員身體健康，還會(huì)引發(fā)極蓋吸收事件，影響極區(qū)無(wú)線電通信，威脅極區(qū)航線安全。
高速等離子體云
高速等離子體云是太陽(yáng)風(fēng)暴對(duì)地球的第三輪攻擊，太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)后需要幾天時(shí)間才能到達(dá)地球。高速等離子體云是太陽(yáng)日冕拋射出來(lái)的、比背景太陽(yáng)風(fēng)速度更高的等離子體團(tuán)。高速等離子體云會(huì)攜帶日冕磁場(chǎng)到達(dá)地球，等離子體云沖擊地球磁層，使磁層壓縮變形，其攜帶的磁場(chǎng)會(huì)造成磁層的擾動(dòng)，產(chǎn)生地磁暴。地磁暴會(huì)給相關(guān)系統(tǒng)帶來(lái)嚴(yán)重影響，例如損害電力設(shè)施，破壞輸油管道，增大衛(wèi)星運(yùn)行阻力，影響短波通信和衛(wèi)星導(dǎo)航，引起衛(wèi)星表面充電和深層充電，等等。
特征
科學(xué)家通過對(duì)太陽(yáng)活動(dòng)和近地空間環(huán)境的檢測(cè)和研究，逐漸了解到太陽(yáng)風(fēng)暴的一些特點(diǎn)和規(guī)律，最為突出的是具有周期性、突發(fā)性和地域性。
周期性
太陽(yáng)風(fēng)暴的周期性主要表現(xiàn)在太陽(yáng)活動(dòng)的周期變化上。太陽(yáng)活動(dòng)有11年左右的周期變化特征，存在太陽(yáng)活動(dòng)高年和低年之分，太陽(yáng)活動(dòng)的周期從黑子數(shù)的多寡以及太陽(yáng)10.7cm射電流量的變化中就能很容易看出?？茖W(xué)家也將黑子相對(duì)數(shù)年均值相對(duì)較高的太陽(yáng)活動(dòng)極大年和其相鄰的幾年，稱為太陽(yáng)活動(dòng)高年；黑子相對(duì)數(shù)年均值相對(duì)較低的太陽(yáng)活動(dòng)極小年和其相鄰的幾年，稱為太陽(yáng)活動(dòng)低年。通常來(lái)說(shuō)，在太陽(yáng)活動(dòng)高年，太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)較多，太陽(yáng)風(fēng)暴發(fā)生頻次也就較高，并且強(qiáng)度大。反之，在太陽(yáng)活動(dòng)低年，太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)少，太陽(yáng)風(fēng)暴發(fā)生頻次也就低，強(qiáng)度相對(duì)較弱。
突發(fā)性
雖然當(dāng)前人類對(duì)太陽(yáng)活動(dòng)區(qū)黑子和磁場(chǎng)演化過程有一定的觀測(cè)和了解，但仍然缺乏全面太陽(yáng)磁場(chǎng)監(jiān)測(cè)能力，對(duì)太陽(yáng)爆發(fā)的規(guī)律也尚未完全掌握。對(duì)于某次太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)事件而言，具體發(fā)生的時(shí)間和強(qiáng)度，很難進(jìn)行精確的預(yù)報(bào)。所以在目前太陽(yáng)風(fēng)暴的發(fā)生具有很強(qiáng)的隨機(jī)性和突發(fā)性。和現(xiàn)在的地震相似，即使人類知道地球上有一些地震活躍帶，但也無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)某次地震發(fā)生的時(shí)間和強(qiáng)度。
雖然太陽(yáng)風(fēng)暴具有突發(fā)性，但人們卻并非毫無(wú)辦法。近地空間太空環(huán)境擾動(dòng)大部分發(fā)生在太陽(yáng)爆發(fā)幾十分鐘至幾十小時(shí)之后，利用這一特點(diǎn)，科學(xué)家通過對(duì)太陽(yáng)活動(dòng)和近地空間太空環(huán)境的監(jiān)測(cè)，來(lái)分析和預(yù)測(cè)太陽(yáng)爆發(fā)引起的近地空間太空環(huán)境擾動(dòng)的發(fā)生和發(fā)展。例如在衛(wèi)星觀測(cè)到了太陽(yáng)爆發(fā)的發(fā)生時(shí)間和位置，就可以依據(jù)行星際到近地空間的各種觀測(cè)資料，再結(jié)合對(duì)太空環(huán)境變化統(tǒng)計(jì)分析和理論研究總結(jié)出的規(guī)律，就可以提前1～3天預(yù)測(cè)近地空間太空環(huán)境擾動(dòng)事件的發(fā)生時(shí)間和強(qiáng)度。這樣就能為相關(guān)的體統(tǒng)提供預(yù)警信息。例如在2003年10月底發(fā)生的一次太陽(yáng)風(fēng)暴，導(dǎo)致瑞典5萬(wàn)居民用電供應(yīng)中斷，但是美國(guó)因?yàn)榈玫搅思皶r(shí)的太空環(huán)境預(yù)報(bào)，只有個(gè)別城市的電網(wǎng)受到輕微影響。
地域性
太陽(yáng)爆發(fā)引起的太空環(huán)境擾動(dòng)，在近地空間中的不同位置響應(yīng)程度是不同的。第一個(gè)方面是和近地空間太空環(huán)境自身的復(fù)雜變化規(guī)律相關(guān)，第二個(gè)方面是與太陽(yáng)直接照射的區(qū)域不同有關(guān)。以衛(wèi)星受到的影響為例，高能帶電粒子流攻擊地球的時(shí)候，由于地磁場(chǎng)的偏轉(zhuǎn)和屏蔽，不同地磁緯度和不同軌道高度上的高能粒子環(huán)境存在很大差異。對(duì)于同一軌道平面上的衛(wèi)星來(lái)說(shuō)，低高度上的高能帶電粒子數(shù)目，小于高高度上的高能帶電粒子數(shù)目。對(duì)于在同一高度上運(yùn)行的衛(wèi)星來(lái)說(shuō)，極區(qū)的高能帶電粒子數(shù)目更多。也就是說(shuō)在高軌道、高緯度的衛(wèi)星輻射環(huán)境更為惡劣。
再以通信受到的影響為例，高能帶電粒子流攻擊地球的時(shí)候，大部分高能粒子會(huì)到達(dá)極區(qū)，引起極區(qū)電離層環(huán)境改變，主要影響跨極區(qū)的高頻短波通信，對(duì)中低緯地區(qū)的通信影響極小。再例如太陽(yáng)耀斑爆發(fā)時(shí)，電離層電子密度增加引起的無(wú)線電短波吸收主要發(fā)生在地球的向日面，2010年11月6日，M2.4級(jí)X射線耀斑引發(fā)南美洲中部地區(qū)的電離層擾動(dòng)，但對(duì)于處于夜間的中國(guó)就沒有電波傳播的影響。
影響
隨著人類科技的進(jìn)步和信息化水平的不斷提高，太陽(yáng)風(fēng)暴的影響和危害越來(lái)越嚴(yán)重。同時(shí)人類各種技術(shù)系統(tǒng)之間錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系，也加劇了太陽(yáng)風(fēng)暴影響的范圍。上面所說(shuō)的太陽(yáng)風(fēng)暴給地球帶來(lái)的三輪攻擊，主要會(huì)對(duì)衛(wèi)星、無(wú)線電通信、地面技術(shù)系統(tǒng)和地球生物四個(gè)方面帶來(lái)影響。由于太陽(yáng)風(fēng)暴存在諸多危害，而且威力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人類制造的武器，有科學(xué)家形象地將它稱為來(lái)自自然界的“太空武器”。
影響航天器安全
當(dāng)太陽(yáng)爆發(fā)所噴射的高能帶電粒子到達(dá)地球附近后，在軌航天器遭受到的高能帶電粒子急劇增加。這些高能帶電粒子擁有極高的能量，可以輕易穿透航天器外殼，對(duì)航天器造成輻射損傷，引發(fā)單粒子效應(yīng)和深層充電等影響。輻射損傷會(huì)造成航天器材料老化，例如航天器使用的太陽(yáng)能電池壽命降低，半導(dǎo)體元件性能出現(xiàn)衰退等；單粒子效應(yīng)會(huì)造成控制電路發(fā)生邏輯錯(cuò)誤，導(dǎo)致航天器失去控制，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致報(bào)廢；深層充電經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致開關(guān)出現(xiàn)異常，它產(chǎn)生的放電脈沖，會(huì)損壞微型材料及電子器件，導(dǎo)致航天器失控甚至報(bào)廢。同時(shí)高能帶電粒子還有可能對(duì)航天器內(nèi)的宇航員造成輻射傷害。這就要求必須對(duì)航天器進(jìn)行合理的防護(hù)設(shè)計(jì)和科學(xué)的在軌管理，不然太陽(yáng)風(fēng)暴就有可能對(duì)衛(wèi)星造成巨大影響，嚴(yán)重時(shí)甚至能導(dǎo)致整體失效。例如2022年SpaceX（SpaceX）在北京時(shí)2月4日凌晨2時(shí)13分發(fā)射升空的49顆“星鏈”衛(wèi)星，就因受到地磁暴的影響，約40顆“星鏈”衛(wèi)星無(wú)法進(jìn)入軌道。
影響通信導(dǎo)航
在太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)對(duì)地球的三輪攻擊中，每一輪都會(huì)引起地球電離層的分層結(jié)構(gòu)混亂，這樣就會(huì)干擾無(wú)線電通信的正常工作。因此只要發(fā)生太陽(yáng)風(fēng)暴，就會(huì)影響到人類的無(wú)線電通信。具體原因在于，電離層擾動(dòng)使短波無(wú)線電信號(hào)被部分或全部吸收，導(dǎo)致信號(hào)出現(xiàn)衰落或中斷；使得衛(wèi)星導(dǎo)航等位精度下降，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致導(dǎo)航無(wú)線電接收機(jī)失效，無(wú)法提供導(dǎo)航信息；使得衛(wèi)星通信的信噪比下降，誤碼率上升，通信質(zhì)量下降，嚴(yán)重時(shí)還可能造成衛(wèi)星通信鏈路中斷。例如在2006年12月13日北京時(shí)間10時(shí)40分前后，太陽(yáng)發(fā)生一次X3級(jí)猛烈爆發(fā)，對(duì)中國(guó)的短波無(wú)線電信號(hào)傳播造成嚴(yán)重影響。短波通信、廣播、探測(cè)等電子信息系統(tǒng)發(fā)生大面積中斷或受到較長(zhǎng)時(shí)間的嚴(yán)重干擾。中國(guó)電波傳播研究所廣州市、海南省、重慶市等電波觀測(cè)站的短波探測(cè)信號(hào)，從10時(shí)20分左右起發(fā)生全波段中斷，直至11時(shí)15分以后才逐步出現(xiàn)信號(hào)，13時(shí)30分以后才基本恢復(fù)正常。
影響地面技術(shù)
現(xiàn)代社會(huì)對(duì)電力高度依賴，電力已經(jīng)成為人類生產(chǎn)生活不可或缺的部分，太陽(yáng)風(fēng)暴不僅有可能對(duì)電力系統(tǒng)本身遭到重創(chuàng)，所有依賴電力的應(yīng)用系統(tǒng)都將受到影響，進(jìn)而造成經(jīng)濟(jì)損失。在太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)對(duì)地球進(jìn)行第三輪攻擊，也就是高速等離子體云到達(dá)地球的時(shí)候，會(huì)引起地磁暴。這時(shí)地球磁場(chǎng)的劇烈變化會(huì)在地球表面誘生地磁感應(yīng)電流，這種電流會(huì)對(duì)電網(wǎng)中的變壓器設(shè)備造成影響，容易引起大型變壓器半飽和，導(dǎo)致壽命縮短，極端情況時(shí)直接燒毀，電力傳輸受到嚴(yán)重干擾，輸電系統(tǒng)崩潰，最終導(dǎo)致失去電力供應(yīng)。例如在1989年3月出現(xiàn)的強(qiáng)太陽(yáng)風(fēng)暴中，加拿大魁北克省電網(wǎng)一個(gè)主變壓器因感應(yīng)電流過大而率先跳閘，隨后多個(gè)主變壓器接連跟進(jìn)，整個(gè)電網(wǎng)在不到90秒鐘就全部癱瘓，致使該電網(wǎng)所管轄的區(qū)域600萬(wàn)居民停電長(zhǎng)達(dá)9小時(shí)。
地磁感應(yīng)電流還有可能對(duì)長(zhǎng)距離管線系統(tǒng)產(chǎn)生腐蝕，造成泄漏，影響石油、電纜等管線系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
對(duì)地球生物的影響
地球因?yàn)橛兄?a href="/hebeideji/7201057040826744893.html">磁場(chǎng)和稠密大氣層的雙重保護(hù)，所以地球上的環(huán)境要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于太空環(huán)境，不僅各種有害射線和高能輻射都被阻擋在地球的大氣層以外，即使是太陽(yáng)風(fēng)暴對(duì)地球形成的三輪攻擊，也大多被地球磁層和大氣層化解。但是這并不意味著對(duì)地球上的生物就沒有影響，很多生物都具有磁性感知能力，能夠感知地磁場(chǎng)微妙的變化，它們利用地磁場(chǎng)建立地磁坐標(biāo)，用來(lái)確定自己的位置和方向，從而進(jìn)行導(dǎo)航。因此當(dāng)出現(xiàn)地磁暴時(shí)，地球磁場(chǎng)受到干擾，這些生物就會(huì)部分失去辨別方向的能力。例如信鴿、海豚和鯨目等，都擁有所謂的生物羅盤，可以幫助它們利用地磁場(chǎng)辨別方向，曾多次發(fā)生信鴿無(wú)法歸巢，以及抹香鯨大量擱淺等事件，科學(xué)家就懷疑和地磁暴相關(guān)。
近年來(lái)一些統(tǒng)計(jì)研究指出，太陽(yáng)風(fēng)暴與一些傳染病、心血管疾病的發(fā)病率存在一定的相關(guān)性，但是太陽(yáng)風(fēng)暴是否會(huì)對(duì)人類健康產(chǎn)生影響，還沒有準(zhǔn)確的科學(xué)結(jié)論。
極光
從太陽(yáng)上噴發(fā)出來(lái)的大量帶電粒子，以每秒幾百公里的速度吹向行星際空間，形成太陽(yáng)風(fēng)。到達(dá)地球附近的粒子不斷撞擊地球磁場(chǎng)，并環(huán)繞地球流動(dòng)。在太陽(yáng)風(fēng)的吹動(dòng)下，地球磁場(chǎng)不再是對(duì)稱的，已經(jīng)變成某種“流線型”。由于與行星際磁場(chǎng)的相互作用，變形的地球磁場(chǎng)的兩極外各形成一個(gè)磁力線集中的“漏斗區(qū)”。當(dāng)磁層出現(xiàn)擾動(dòng)時(shí)，磁尾的帶電粒子被加速，沿磁力線運(yùn)動(dòng)，如流水般順著漏斗邊緣倒入“漏斗區(qū)”，并撞擊高層大氣中的氣體分子和原子，使后者被激發(fā)——退激而發(fā)光，于是便產(chǎn)生了這種“鬼怪之光”。當(dāng)太陽(yáng)風(fēng)暴發(fā)生時(shí)，磁層擾動(dòng)變得劇烈起來(lái)，發(fā)生地磁暴。這時(shí)，就會(huì)激發(fā)出更多種顏色的單色光。這些光混合在一起，便出現(xiàn)了五顏六色、奇異壯觀的極光，就像五彩的霓虹燈一樣。極光越壯觀，往往意味著太陽(yáng)風(fēng)暴越厲害。
歷史記錄
No.1 超強(qiáng)太陽(yáng)風(fēng)暴——卡林頓事件
1859年9月1日早晨，英國(guó)天文愛好者卡林頓在觀測(cè)太陽(yáng)黑子時(shí)，發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)北側(cè)的一個(gè)大黑子群內(nèi)突然出現(xiàn)了兩道極其明亮的白光，并且在這個(gè)黑子群的附近正形成一對(duì)明亮的月牙形的東西。另一位英國(guó)天文愛好者霍奇森也看到了這次太陽(yáng)爆發(fā)。在卡林頓事件發(fā)生期間，觀測(cè)技術(shù)還不夠成熟，空間環(huán)境擾動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也不夠全面。但事后人們從高能粒子數(shù)量、極光范圍、地磁擾動(dòng)和造成的危害這幾個(gè)方面還是可以推斷出卡林頓事件是歷史上最強(qiáng)的太陽(yáng)風(fēng)暴。
這次太陽(yáng)風(fēng)暴中，大于30兆電子伏的質(zhì)子通量達(dá)到1.9×1010個(gè)/cm2，是排名第四的1972年高能粒子事件的4倍。創(chuàng)下了迄今為止高能粒子事件最強(qiáng)紀(jì)錄。1859年8月28日-9月4日磁暴期間，在北美、南美、歐洲、亞洲等多地看到極光。在古巴，人們能夠在極光下讀晨報(bào)，這些紀(jì)錄一直保持到現(xiàn)在。在太陽(yáng)耀斑爆發(fā)的17.5小時(shí)后，Dst指數(shù)最大下降到-1760納特，這次事件的地磁暴強(qiáng)度是1989年3月地磁暴的4倍。
卡林頓事件對(duì)電報(bào)業(yè)造成嚴(yán)重?fù)p害，意大利的托斯卡納等廣大地區(qū)的電報(bào)站機(jī)器都出現(xiàn)了閃火花現(xiàn)象，甚至電線也被熔化了。并且隨著時(shí)間推移，波士頓至波特蘭的電報(bào)線在沒有電池的情況下，依靠地磁暴產(chǎn)生的電流持續(xù)工作長(zhǎng)達(dá)兩小時(shí)之久。
No.2 1989年3月太陽(yáng)風(fēng)暴-魁北克省大斷電事件
1989年3月，日面上出現(xiàn)了一個(gè)超級(jí)活動(dòng)區(qū)，該活動(dòng)區(qū)掀起了一場(chǎng)劇烈的太陽(yáng)風(fēng)暴，使地球上發(fā)生了一次史上有名的強(qiáng)磁暴，同時(shí)也給人類社會(huì)帶來(lái)了一系列災(zāi)難。此次太陽(yáng)風(fēng)暴的危害主要表現(xiàn)為對(duì)加拿大魁北克省電力系統(tǒng)的嚴(yán)重破壞，因此，人們將這次太陽(yáng)風(fēng)暴稱為“魁北克省大斷電事件”。
在這次太陽(yáng)風(fēng)暴中，受太陽(yáng)耀斑及拋射的等離子體云影響，發(fā)生2次強(qiáng)太陽(yáng)質(zhì)子事件。第一次大太陽(yáng)質(zhì)子事件持續(xù)5天，峰值通量為1500pfu，第二次大太陽(yáng)質(zhì)子事件持續(xù)2天，峰值通量為1250pfu。這次地磁暴連續(xù)10個(gè)3小時(shí)，Kp指數(shù)大于7，有2個(gè)3小時(shí)ap指數(shù)達(dá)到最大值400。根據(jù)1932年以來(lái)每天的Ap指數(shù)來(lái)排序，3月13日的Ap值排名高居第二，為246。這次地磁暴Dst指數(shù)值為-589納特斯拉，其強(qiáng)度遠(yuǎn)大于排名第二的-429納特斯拉。事件中共產(chǎn)生100多次電離層突然騷擾；480千米高度處的大氣密度增加了4倍；較低緯度地區(qū)如北半球的佛羅里達(dá)州、古巴等地都看到了極光。
造成的危害主要在電力系統(tǒng)和衛(wèi)星這兩方面：
電力系統(tǒng)：加拿大魁北克省電力系統(tǒng)遭到嚴(yán)重破壞。地球強(qiáng)磁暴導(dǎo)致加拿大魁北克省電網(wǎng)主要線路上的一個(gè)變壓器因感應(yīng)電流過大而燒毀，整個(gè)電網(wǎng)在不到90秒鐘就全部癱瘓，致使該電網(wǎng)所管轄的區(qū)域陷入黑暗和寒冷。
衛(wèi)星：在太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)期間，地球高軌道高能粒子通量和低軌道大氣密度的增加以及地球磁場(chǎng)劇烈變化導(dǎo)致許多衛(wèi)星也遭受了不同程度的影響。如美國(guó)GOES-7衛(wèi)星損失了一半太陽(yáng)能電池，致使其壽命縮短了一半；3月17日，日本通訊衛(wèi)星CS-3B異常，搭載在衛(wèi)星上的備用命令電路損壞，等等。
No.3 2003年萬(wàn)圣節(jié)太陽(yáng)風(fēng)暴
2003年10月底至11月初期間，太陽(yáng)發(fā)生了一系列強(qiáng)烈爆發(fā)活動(dòng)，造成了日地空間環(huán)境巨大擾動(dòng)。受此影響，加利福尼亞州中部上空出現(xiàn)了罕見的極光；約半數(shù)衛(wèi)星出現(xiàn)故障，日本先進(jìn)地球觀測(cè)衛(wèi)星-2（ADEOS-2）完全失效；全球范圍內(nèi)的通訊受到干擾，海事緊急呼叫系統(tǒng)癱瘓，珠峰探險(xiǎn)隊(duì)通訊中斷；全球定位系統(tǒng)精度降低；瑞典5萬(wàn)人的電力供應(yīng)中斷，等等。如此強(qiáng)烈的太陽(yáng)風(fēng)暴在歷史上非常罕見，因正值西方萬(wàn)圣節(jié)前后而被命名為“萬(wàn)圣節(jié)太陽(yáng)風(fēng)暴”。
在本次太陽(yáng)風(fēng)暴期間，日面上共爆發(fā)了57個(gè)M級(jí)以上的X射線耀斑，包括11個(gè)X級(jí)的大耀斑；同時(shí)伴隨有至少15個(gè)暈狀日冕物質(zhì)拋射及大量的小日冕物質(zhì)拋射。其中X28級(jí)巨耀斑是自1976年以來(lái)觀測(cè)到的最大耀斑；太陽(yáng)質(zhì)子事件的峰值流量達(dá)到29500pfu，是GOES衛(wèi)星1976年觀測(cè)以來(lái)第4大值；地磁暴Ap指數(shù)達(dá)到204，是自1932年有記錄以來(lái)的第9大極值。
這一次太陽(yáng)風(fēng)暴造成的危害較大：
通信衛(wèi)星：致使46顆通信衛(wèi)星報(bào)告了異常。
國(guó)際空間站：經(jīng)歷了反常摩擦阻力。
深空任務(wù)：安裝在“奧德賽號(hào)”飛船上的火星環(huán)境輻射探測(cè)儀((MARIE)，其目的原本是用于探測(cè)星輻射環(huán)境以確定宇航員在火星上所遭受到的輻射危險(xiǎn)，在28日卻由于粒子輻射發(fā)出溫度紅色警報(bào)而自動(dòng)關(guān)閉，至今沒有恢復(fù)。
地球軌道衛(wèi)星：大約59%的空間科學(xué)任務(wù)受到了影響，其中24%的任務(wù)關(guān)閉的儀器采用可保護(hù)行為。
通信：全球短波通訊中斷，超視距雷達(dá)、民航通訊出現(xiàn)故障；伊拉克戰(zhàn)場(chǎng)美英聯(lián)軍通訊受到影響；珠穆朗瑪峰探險(xiǎn)隊(duì)和一些電視廣播通訊公司遭到了嚴(yán)重的高頻射電短期干擾；我國(guó)北方短波通訊受到嚴(yán)重干擾，北京、滿洲里市無(wú)線電觀測(cè)點(diǎn)短波信號(hào)一度中斷。
導(dǎo)航：羅蘭Ｃ導(dǎo)航定位系統(tǒng)報(bào)告了數(shù)次的干擾問題，GPS用戶也報(bào)道了應(yīng)用衰弱和中斷。
航空：極區(qū)航線受到很大影響。
電力：瑞典馬爾默市南部的一個(gè)電力系統(tǒng)遭到破壞，有5萬(wàn)居民用電供應(yīng)中斷。
監(jiān)測(cè)
太陽(yáng)風(fēng)暴具有很強(qiáng)的偶發(fā)性，對(duì)太陽(yáng)風(fēng)暴進(jìn)行監(jiān)測(cè)是預(yù)測(cè)和應(yīng)對(duì)的第一步，是對(duì)太陽(yáng)風(fēng)暴發(fā)生、發(fā)展及其在地球空間產(chǎn)生影響全過程的監(jiān)測(cè)。
監(jiān)測(cè)歷史
太陽(yáng)風(fēng)暴監(jiān)測(cè)的發(fā)展歷史，也是人們認(rèn)識(shí)太陽(yáng)風(fēng)暴的歷史。隨著太陽(yáng)風(fēng)暴監(jiān)測(cè)手段的不斷發(fā)展和監(jiān)測(cè)資料的積累與豐富，人類對(duì)太陽(yáng)風(fēng)暴由最初少量的、簡(jiǎn)單的現(xiàn)象認(rèn)識(shí)，逐步發(fā)展到今天有一定理論框架下的系統(tǒng)認(rèn)識(shí)。對(duì)太陽(yáng)風(fēng)暴認(rèn)識(shí)發(fā)展貢獻(xiàn)最為突出的是太陽(yáng)風(fēng)暴天基監(jiān)測(cè)，它突破了地基監(jiān)測(cè)受到大氣影響、日出日落等條件限制，進(jìn)入到宇宙空間，實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)風(fēng)暴影響的原位監(jiān)測(cè)，對(duì)發(fā)生太陽(yáng)風(fēng)暴的因果關(guān)系有了較為清晰和準(zhǔn)確的認(rèn)知。總體而言，太陽(yáng)風(fēng)暴監(jiān)測(cè)的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個(gè)階段。
地基監(jiān)測(cè)時(shí)代：20世紀(jì)60年代以前為地基監(jiān)測(cè)時(shí)代。這一時(shí)期對(duì)太陽(yáng)風(fēng)暴的認(rèn)識(shí)主要是基于對(duì)爆發(fā)現(xiàn)象的觀測(cè)和長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析。例如，的11年周期特性、光學(xué)耀斑和地磁暴的發(fā)現(xiàn)。在1957年首屆國(guó)際年活動(dòng)中，全世界各同時(shí)對(duì)地球物理學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行聯(lián)合觀測(cè)。這是太陽(yáng)風(fēng)暴監(jiān)測(cè)史上的一次重要活動(dòng)，加深了人們對(duì)太陽(yáng)風(fēng)暴的認(rèn)識(shí)。
空間監(jiān)測(cè)時(shí)代：20世紀(jì)60年代至90年代為空間監(jiān)測(cè)時(shí)代。這一時(shí)期隨著航天技術(shù)和探測(cè)技術(shù)的發(fā)展，太陽(yáng)風(fēng)暴監(jiān)測(cè)得以快速發(fā)展，其中最大的突破是對(duì)空間環(huán)境的測(cè)量和認(rèn)識(shí)。通過探測(cè)數(shù)據(jù)，人們發(fā)現(xiàn)了地球輻射帶，證實(shí)了地球的存在，發(fā)現(xiàn)和證實(shí)了的存在，發(fā)現(xiàn)了行星際磁場(chǎng)扇形結(jié)構(gòu)等。地球空間環(huán)境也是太陽(yáng)爆發(fā)的攻擊對(duì)象，太陽(yáng)爆發(fā)通過影響這些環(huán)境從而對(duì)空間技術(shù)系統(tǒng)的運(yùn)行安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。
高精度、全方位、快速發(fā)展的時(shí)代：20世紀(jì)90年代至今，伴隨著人們對(duì)太陽(yáng)風(fēng)暴危害的認(rèn)識(shí)日益加深和現(xiàn)代監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展，太陽(yáng)風(fēng)暴監(jiān)測(cè)進(jìn)入了一個(gè)高精度、全方位、快速發(fā)展的時(shí)代。在保障空間資產(chǎn)與活動(dòng)安全、防備空間天氣影響的需求背景下，世界各空間大國(guó)紛紛推出各類太陽(yáng)風(fēng)暴監(jiān)測(cè)計(jì)劃，探測(cè)的重點(diǎn)也由平均狀態(tài)的測(cè)量向擾動(dòng)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)變。在1994年底提出國(guó)家空間天氣戰(zhàn)略計(jì)劃，將空間天氣監(jiān)測(cè)、研究、預(yù)報(bào)服務(wù)和空間安全保障需求緊密結(jié)合，多個(gè)太陽(yáng)風(fēng)暴監(jiān)測(cè)計(jì)劃隨后實(shí)施，發(fā)射了多顆重要的空間探測(cè)衛(wèi)星，其中發(fā)射至的SOHO衛(wèi)星和ACE衛(wèi)星，在太陽(yáng)風(fēng)暴的監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)中發(fā)揮了非常重要的作用。2006年發(fā)射的STERE0從多視角、多手段對(duì)太陽(yáng)風(fēng)暴的發(fā)生和發(fā)展進(jìn)行全方位監(jiān)測(cè)。另外，2010年發(fā)射的SD0衛(wèi)星極大地提高了太陽(yáng)活動(dòng)監(jiān)測(cè)的分辨率，為太陽(yáng)風(fēng)暴預(yù)報(bào)提供了更為全面和精細(xì)的基礎(chǔ)信息。同時(shí)，這一階段監(jiān)測(cè)也有了迅速的發(fā)展，特別是GPS技術(shù)在監(jiān)測(cè)中的成功應(yīng)用?，F(xiàn)在世界范圍內(nèi)已經(jīng)建立了大量基于GPS的地基電離層監(jiān)測(cè)臺(tái)站，為電離層TEC和電離層效應(yīng)監(jiān)測(cè)及預(yù)報(bào)提供了豐富的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
監(jiān)測(cè)方法
太陽(yáng)風(fēng)暴的監(jiān)測(cè)涉及整個(gè)日地空間，包括太陽(yáng)風(fēng)暴源頭的監(jiān)測(cè)，太陽(yáng)風(fēng)暴在日地空間傳播過程的監(jiān)測(cè)，太陽(yáng)風(fēng)暴對(duì)地球空間產(chǎn)生的影響的監(jiān)測(cè)。
源頭監(jiān)測(cè)：太陽(yáng)風(fēng)暴的源頭是太陽(yáng)活動(dòng)，黑子、耀斑和物質(zhì)的拋射等太陽(yáng)活動(dòng)，是太陽(yáng)風(fēng)暴產(chǎn)生的重要根本原因，所以對(duì)這些太陽(yáng)活動(dòng)的監(jiān)測(cè)是認(rèn)識(shí)和應(yīng)對(duì)太陽(yáng)風(fēng)暴的必要手段。
傳輸監(jiān)測(cè)：太陽(yáng)活動(dòng)產(chǎn)生的物質(zhì)和能量，都必須通過行星際的傳輸才能到達(dá)地球，所以在行星際中對(duì)這些物質(zhì)和能量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，是地球空間變化的前哨站。
影響監(jiān)測(cè)：對(duì)太陽(yáng)風(fēng)暴產(chǎn)生的影響監(jiān)測(cè)，主要包括磁層擾動(dòng)監(jiān)測(cè)、電離層擾動(dòng)監(jiān)測(cè)和中高層大氣擾動(dòng)監(jiān)測(cè)這三方面。其中，磁層擾動(dòng)監(jiān)測(cè)是指在太陽(yáng)風(fēng)暴期間，地球磁層中會(huì)產(chǎn)生磁暴，高能電子爆和磁尾熱等離子體注入，還可以在這里觀測(cè)到太陽(yáng)質(zhì)子事件，因此通過監(jiān)測(cè)可以直接或者間接獲得磁層的變化情況，對(duì)預(yù)防太陽(yáng)風(fēng)暴的危害非常重要。太陽(yáng)風(fēng)暴期間，電離層會(huì)發(fā)生劇烈的擾動(dòng)，各項(xiàng)參數(shù)嚴(yán)重偏離背景值，因此對(duì)電離層進(jìn)行監(jiān)測(cè)也是必不可少的一環(huán)。監(jiān)測(cè)中高層大氣可以獲得大量大氣資料，建立大氣模型對(duì)地球大氣進(jìn)行描述，在太陽(yáng)風(fēng)暴發(fā)生的時(shí)候，有數(shù)據(jù)可依，可以采取合理的應(yīng)對(duì)措施。
警報(bào)級(jí)別
太陽(yáng)風(fēng)暴分為A、B、C、M和X幾個(gè)不同的等級(jí)，X為最高，級(jí)別后面所帶數(shù)字越大，代表強(qiáng)度越高。地磁暴以Kp指數(shù)來(lái)表征地磁擾動(dòng)的強(qiáng)弱，Kp指數(shù)劃分為0到9級(jí)。
應(yīng)對(duì)措施
我們已經(jīng)清楚的認(rèn)識(shí)到強(qiáng)太陽(yáng)風(fēng)暴可能給國(guó)家安全穩(wěn)定與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展帶來(lái)的危害，所以必須高度重視，不能掉以輕心。中國(guó)當(dāng)前關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施防護(hù)措施有限，空間資產(chǎn)大量增加，在這樣的情況下必須做到未雨綢繆。
加強(qiáng)知識(shí)普及，提高危害性認(rèn)識(shí)
在空間天氣事件觀測(cè)、預(yù)報(bào)、產(chǎn)品制作與服務(wù)方面，中國(guó)起步較晚，有著很大的局限性。對(duì)于空間資產(chǎn)有著一定的防護(hù)，但是對(duì)于龐大的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)，防護(hù)措施不到位，大部分國(guó)家關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施管理與運(yùn)行系統(tǒng)對(duì)空間天氣事件影響缺乏基本認(rèn)識(shí)。應(yīng)該大力推進(jìn)空間天氣事件及影響知識(shí)的普及，加大有關(guān)太陽(yáng)、日地空間、空間天氣事件、事件影響等知識(shí)的科普宣傳，根據(jù)現(xiàn)代信息傳播手段特點(diǎn)，制作形式多樣且容易被不同受眾接受的信息產(chǎn)品，提高對(duì)極端空間天氣事件影響危害的認(rèn)識(shí)。
提高空間天氣預(yù)報(bào)水平
因?yàn)樘?yáng)風(fēng)暴和太陽(yáng)活動(dòng)直接相關(guān)，既有變化特征和規(guī)律，又具有隨機(jī)性與突發(fā)性，所以對(duì)其進(jìn)行預(yù)報(bào)和預(yù)警，必須建立在持續(xù)太陽(yáng)觀測(cè)，長(zhǎng)期歷史積累資料分析研究基礎(chǔ)上。首先要建立以地面觀測(cè)系統(tǒng)為主，地面與空間觀測(cè)相結(jié)合的太陽(yáng)觀測(cè)網(wǎng)，進(jìn)一步做好觀測(cè)數(shù)據(jù)積累、處理與應(yīng)用工作。然后要加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，針對(duì)太陽(yáng)活動(dòng)變化的規(guī)律及對(duì)地球空間環(huán)境影響的特征，研究制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)體系。最后不斷提高預(yù)報(bào)產(chǎn)品制作與服務(wù)水平，理順預(yù)報(bào)產(chǎn)品的服務(wù)渠道，增強(qiáng)預(yù)報(bào)預(yù)警能力。
相較于天氣預(yù)報(bào)，中國(guó)空間天氣預(yù)報(bào)起步較晚，對(duì)標(biāo)中國(guó)氣象發(fā)展歷程，空間天氣預(yù)報(bào)事業(yè)正處在“創(chuàng)業(yè)發(fā)展階段”轉(zhuǎn)向“快速發(fā)展階段”的關(guān)鍵時(shí)期。目前，空間天氣中心已具備對(duì)太陽(yáng)活動(dòng)、磁層、電離層等日地空間關(guān)鍵區(qū)域的關(guān)鍵要素做出長(zhǎng)期、中期、短期預(yù)報(bào)以及預(yù)警和現(xiàn)報(bào)的能力，具備自動(dòng)化與人工干預(yù)相結(jié)合的綜合數(shù)據(jù)分析及初步的定量化分析能力與模式預(yù)報(bào)能力，定期發(fā)布空間天氣日?qǐng)?bào)、周報(bào)、月報(bào)和年報(bào)等常規(guī)預(yù)報(bào)產(chǎn)品，不定期發(fā)布現(xiàn)報(bào)或警報(bào)，并根據(jù)用戶需求開發(fā)定制專屬產(chǎn)品。經(jīng)過十幾年來(lái)不斷打磨提升，中國(guó)空間天氣整體預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率與國(guó)際水平相當(dāng)。
參加國(guó)際合作，提升應(yīng)對(duì)能力
太陽(yáng)風(fēng)暴造成的威脅是全球性的，現(xiàn)在廣泛受到越來(lái)越多國(guó)家政府的重視，成為各國(guó)政府聯(lián)合應(yīng)對(duì)的全球挑戰(zhàn)。由國(guó)際機(jī)構(gòu)聯(lián)合開展的太陽(yáng)觀測(cè)、研究等活動(dòng)，在空間環(huán)境研究、空間天氣事件預(yù)測(cè)等方面發(fā)揮了積極作用。中國(guó)在這方面有能力和義務(wù)走在前列，應(yīng)積極參加空間天氣與空間環(huán)境觀測(cè)研究領(lǐng)域國(guó)際合作。中國(guó)也有責(zé)任牽頭和倡導(dǎo)國(guó)際合作項(xiàng)目，共享國(guó)際研究成果，共同提升應(yīng)對(duì)空間天氣事件的能力。
2021年，中國(guó)空間天氣中心接到來(lái)自ICAO的“offer”，這是中國(guó)民航氣象領(lǐng)域第一個(gè)全球中心，也是中國(guó)氣象局第二個(gè)世界級(jí)業(yè)務(wù)中心。這一來(lái)自國(guó)際社會(huì)的邀約，是對(duì)空間天氣中心二十年來(lái)篤行不怠、踔厲奮發(fā)的巨大肯定。特別是黨的十八大以來(lái)，在監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)、服務(wù)上，空間天氣中心持續(xù)發(fā)力、成果斐然。2022年8月23日16時(shí)，作為國(guó)際民航組織（ICAO）全球空間天氣中心當(dāng)值中心的國(guó)家空間天氣監(jiān)測(cè)預(yù)警中心（以下簡(jiǎn)稱“空間天氣中心”），圓滿完成了第三次值班任務(wù)。
參考資料 >
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歷史上知名的強(qiáng)烈太陽(yáng)風(fēng)暴對(duì)地球的影響有多大？丨Calling太空.m.toutiao.com.2022-05-17
超強(qiáng)太陽(yáng)風(fēng)暴真的要來(lái)了嗎.今日頭條.2024-02-21
什么叫“太陽(yáng)周”？丨Calling太空.m.toutiao.com.2022-05-17
太陽(yáng)風(fēng)暴，就在您身邊.m.toutiao.com.2022-05-17
高能電子暴的那些事 | 原創(chuàng).m.toutiao.com.2022-05-17
馬斯克哭暈！太陽(yáng)風(fēng)暴何以“毀了”40顆星鏈衛(wèi)星？.百家號(hào).2024-02-21
太陽(yáng)耀斑爆發(fā)輻射風(fēng)暴可能導(dǎo)致衛(wèi)星故障[組圖]_中國(guó)網(wǎng).www.china.com.cn.2022-05-17
揭曉極光這一天象之謎:原來(lái)與太陽(yáng)風(fēng)暴有關(guān).中國(guó)氣象科普網(wǎng).2024-02-21
現(xiàn)代氣象預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)體系基本建立.中國(guó)氣象局.2024-02-21