太阳粒子撞击地球的高层大气会很美丽，但太多则可能是灾难性的。
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1859年9月1日至2日，世界各地的电报系统发生了灾难性的故障：电报操作员报告说遭到了电击、电报纸着火、并且居然能够在电源断开的情况下操作设备。而到了夜晚，靠近赤道的哥伦比亚以南地区居然都能看到极光。众所周知这种光只有在高纬度地区才可见，如在加拿大北部、斯堪的纳维亚和西伯利亚地区。
这一天，天文学家理查德·卡林顿恰巧在观测太阳黑子簇时目睹了该区域爆发出明亮的闪光，日冕物质在17小时后袭击地球，造成如上所述的卡灵顿事件，而它本质是一个巨大的地磁暴。当充满着等离子体的大泡泡从太阳表面喷射到地球上时，这些磁暴就会发生。这个泡又被称为日冕物质抛射。
美国NASA戈达德太空飞行中心对1859年卡林顿事件所做的地球磁场模型
日冕物质抛射的等离子体由一团质子和电子组成，它们是带电粒子。当这些粒子到达地球时，它们会与地球周围的磁场相互作用。这种相互作用导致磁场扭曲并减弱，进一步又导致了北极光和其他奇怪的自然现象。
01
地 磁 暴
1859年的卡灵顿事件是地磁暴的最完整记录，但它并不是唯一记录。
地磁暴自19世纪初就有记录，来自南极冰芯样本的科学数据表明，公元774年左右发生了一次更大规模的地磁暴，现在被称为三宅事件（以日本研究员三宅芙沙名字命名）。那次太阳耀斑产生了有记录以来最大、最快的碳-14上升。地磁暴在地球上层大气中引发大量宇宙射线，进而产生碳-14，这是一种碳的放射性同位素。
一个强度比三宅事件小60%的地磁暴发生在公元993年左右。冰芯样本显示，与三宅事件和卡灵顿事件强度相似的大规模地磁暴平均每500年发生一次 。
如今，美国国家海洋和大气管理局使用地磁暴量表来测量这些太阳爆发的强度。“G量表”的等级从1到5,G1为次要等级，G5为极端等级。卡灵顿事件被评为G5级。
当你把卡灵顿事件和三宅事件相比较时，情况则更为骇人听闻了。科学家们能够根据当时天文台记录的地球磁场的波动来估计卡灵顿事件的强度，但没有办法测量三宅事件的磁场波动。因此，科学家们测量了卡林顿事件时期树木年轮中碳-14含量的增加值。三宅事件导致碳-14含量增加了12%。相比之下，卡灵顿事件中增加的碳-14含量不到1%，所以三宅事件很可能比G5级的卡灵顿事件有过之而无不及。
02
电 网 破 坏
现今如果发生一场与卡灵顿事件强度相同的地磁暴，其所影响的远不止电话线，极有可能造成灾难性后果。随着对电力和新兴技术的日益依赖，任何破坏都可能导致无可估量的经济损失并直接威胁依赖于这些系统的生命。
磁暴会影响人们每天使用的大部分电力系统。地磁暴产生的感应电流可能超过100安培，经过电网流入连接到电网的电气元件，如变压器、继电器和传感器。100安培相当于为家庭提供电力的电流强度，因此这些额外的感应电流会导致电力系统组件内部损坏，进而导致大规模停电。
1989年3月，加拿大魁北克发生了一场比卡灵顿事件强度小三分之二的地磁暴，导致魁北克水电电网崩溃。在这次磁暴中，高磁感应电流损坏了新泽西州的一个变压器，并触发了电网的断路器，导致500万人断电9个小时。
03
通 信 受 阻
除了电力故障之外，全球范围内的通信也将遭到破坏。互联网服务可能会产生故障，进而导致不同系统之间无法相互通信，诸如地对空、短波和船对岸无线电等高频通信系统将受到干扰。在地球轨道上运行的卫星可能会因地磁暴产生的感应电流烧毁它们的电路板而受损，基于卫星的电话、互联网、广播和电视将会因此中断。
此外，随着地磁暴袭击地球，太阳活动的增加导致大气向外扩张。这种膨胀改变了卫星运行的大气密度。高密度的大气会对卫星产生阻力，使其减速。如果不把卫星调到更高的轨道，它们就会掉回地球。
另一个可能影响日常生活的领域是导航系统。几乎所有的交通工具，从汽车到飞机，都使用GPS等导航卫星进行导航和跟踪。甚至像手机、智能手表和跟踪标签这样的手持设备也依赖于导航卫星发送的定位信号。军事系统也严重依赖导航卫星进行协调。部分军事探测系统，如超视距雷达和潜艇探测系统可能会中断，这将影响国防安全。
就互联网而言，卡林顿事件同等规模的磁暴可能在海底和陆地电缆产生感应电流，而这些电缆正是信息时代的骨干所在，它联结着世界各地的数据中心，数据中心则存储和处理从电子邮件和短信到科学数据集和人工智能工具的信息。这一时间可能会破坏整个网络，并阻止服务器相互连接。
04
下 一 次 危 机 只 是 时 间 问 题
地球再次遭受地磁暴的袭击只是时间问题。和卡灵顿事件同等规模的磁暴将对全球的电力和通信系统造成极大的破坏，供电中断将持续数周。如果磁暴的规模和三宅事件一样大，那么将是世界的灾难，供电中断可能会持续数月甚至更长时间。即使发布了空间天气预警，全世界也只有几分钟到几小时的时间可以应对。
2017 年 9 月 6 日，太阳发出了强大的 X 级太阳耀斑——这是为最强烈的耀斑保留的名称。在美国宇航局的轨道太阳动力学天文台捕捉到的紫外线中，这次耀斑是多年来最强烈的耀斑之一。
继续研究如何保护电力系统免受地磁暴的影响至关重要, 例如通过安装一些设施来保护易受影响的设备（譬如变压器），制定一些在太阳风暴即将来袭时调整网格负载的策略。简而言之，现在重要的是努力减少下一次卡灵顿事件带来的干扰。
来源：牧夫天文
关键词： 太阳风暴
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