太阳风暴“实力派”

◆韩大洋

上期我们认识了太阳“武器库”中的耀斑、日冕物质抛射、高能带电粒子流、冕洞高速太阳风等“武器”，这期我们再来好好领教一番太阳的“招数”吧！

发现即命中的“闪光弹”

作为太阳技能中攻击速度最快的，耀斑让地球相当“头痛”。它从爆发开始到“命中”地球仅需8分20 秒，没有给人类留一丝反应的机会。按照光速的近似值30 万千米每秒计算，光波经过太阳到达地球的1.5 亿千米所需要的时间，相比我们的观测系统，无论是地球同步卫星、极轨卫星，还是远在日地拉格朗日L1点上的卫星，当它们获取耀斑数据，通过无线电信号以光速传回地球，再经过数据系统处理传输，已经距离耀斑命中地球数分钟。

此时，首当其冲的就是地球大气层中的电离层。电离层是距离地面约60 千米到1000 千米的大气区域，在太阳光的照射下，这里的空气粒子被部分电离，从而显现出等离子体的特性。我们知道，耀斑包含自然界所有波长的光，当耀斑到达后，其中能量较强的X 射线、紫外线等会加剧大气的电离，在一瞬间打破整个地球向阳面电离层的稳定，使原有电子密度、温度以及粒子间发生碰撞的频率发生改变。

图1 太阳动力学天文台(SDO) 于2022 年10 月2 日 捕获的一次X1 级太阳耀斑（图/美国国家航空航天局）

如果将同学们比作电离层中的气体粒子，那么做课间操时的你们就构成了平静时期的电离层，每个人按班级列队整齐站好，跟随节拍和旋律统一行动。耀斑的到来仿佛有人突然拿出几个篮球，大喊一声“打球喽”，此时，数百名男同学开始追着篮球的蹦跳方向奔跑，谁都想最先拿到球、占到场地，女同学则纷纷沿着操场边缘绕开，逐渐在操场两边聚成堆，之前规整的队列不见了踪影。

这就是耀斑影响下地球电离层的变化，要知道，短波通信、导航定位都是以稳定的电离层为基础。此时，原本应该被电离层反射回地面的无线电信号直接飞向太空，卫星信号在穿过电离层时发生弯折，进而导致飞行员无法与地面取得联系，卫星定位导航出现偏差甚至不能使用，测绘仪器的误差超过正常范围等。

高能带电粒子流 让卫星“瑟瑟发抖”

耀斑的爆发往往会伴随大量高能带电粒子的发出，它们的速度比耀斑稍慢一些，约为光速的十分之一，但携带的能量很高，如霰弹枪发射的效果一般，大量粒子形成一个攻击面，对其飞行路径上的一切物体造成伤害。

比较典型的是带电粒子攻击卫星，它们有的会贴附在卫星表面，使卫星表面附上高达几百甚至上万伏特的电压，稍有刺激就会造成尖端放电，一瞬间击穿卫星表面。有的高能粒子甚至能直接穿透卫星的防护层，攻击卫星核心载荷甚至电路和芯片，轻则制造错误的电信号威胁卫星运行安全，重则破坏芯片，造成卫星任务的失败。

1988 年9 月7 日，我国第一颗气象卫星风云一号A 星成功发射。在它工作不久后，一次太阳爆发产生的高能带电粒子轰击造成单粒子翻转事件，卫星姿态控制系统发生故障，仅在工作39 天后不得不结束任务。

图2 1988 年9 月7 日，风云一号A 星在山西太原卫星发射中心由长征四号运载火箭发射升空（图/国家卫星气象中心 供）

让地球“颤抖”的太阳风暴

除了单独出招，太阳还经常以“技能串”的形式出击。耀斑和高能带电粒子流都只能算是热身或“开胃汤”，日冕物质抛射才是“正餐”。

数以亿吨甚至万亿吨计的日冕物质以几百到两千千米每秒的速度飞出，速度与质量的背后是太阳磁场的巨大能量。一旦这些日冕物质“命中”地球，一场从天到地、从磁场到大气的“风暴”在所难免。

首先是地球磁场，在太阳强大的能量作用下，地球常常会发生磁场磁力线的断裂与重联，伴随着大量太阳粒子进入南北磁极，绚丽的极光产生了。其次是大气层，太阳能量的注入使得高层大气的底部被加热，大气层出现大范围的受热膨胀，下方的空气粒子不断向上扩散，造成轨道大气密度增大。

图3 太阳风暴对多种人类活动造成显著影响（图/国家卫星气象中心 国家空间天气监测预警中心 供）

2022年2月，受太阳风暴的影响，刚发射不久的49 颗星链卫星遭遇地磁暴，快速增大的轨道大气密度加大了卫星的飞行阻力。在地面运行控制部门的紧急应对下，最终仍有38 颗卫星坠入大气烧毁。

在太阳风暴的冲击下，地球环境发生了变化，人类活动尤其是高技术系统也受到巨大影响。比如民航的通信、导航、航空辐射条件变得恶劣，地面台站与航班失去联系，航空辐射不断升高带来的风险可能导致航班被取消。太阳风暴制造的地磁暴还会对输电、高铁管网造成重大威胁。

对于太阳爆发活动，人类又该如何应对？更多精彩，敬请关注下期内容。