昨晚地球經歷了自 2017 年以來,這一事件與 1859 年有史以來最強大的太陽風暴(即卡林頓事件)相比,只是輕微的。現在,我們了解到卡靈頓事件期間對地球磁場的破壞甚至比之前估計的還要大。現代數位追蹤和詳細重建的結合挖掘了當時地球磁場的記錄,揭示了比想像的更多的資訊。這項發現強化了現代社會對於病毒的脆弱程度。。
1859 年 9 月 1 日,太陽向地球噴出相當於 100 億顆原子彈能量的帶電氣體和亞原子粒子,導致電報通訊失敗,令操作員震驚,並導致系統著火。據報道,北極光遠至南部的古巴和夏威夷,目擊者可僅靠極光閱讀報紙。
太陽風暴自地球存在以來一直在發生。然而,我們對規模的估計依賴於非常間接的衡量標準,例如某些因素的存在。在有記載的歷史報告中可以暗示太陽風暴發生的時間,但對於估計太陽風暴的規模幾乎沒有用處。因此,我們關於太陽風暴的強度的數據可以追溯到不到兩個世紀。
碰巧的是,卡林頓事件——當時最大的風暴——發生在這種追蹤還處於起步階段的時候。人們發現當時記錄的有關該事件的資訊比想像的要多,這對於那些準備在更有線的世界中應對未來影響的人來說不是一個好消息。
如果卡靈頓事件發生的話與實際的 1859 年相比,它將擁有電力和長長的鐵路線來實現電氣化,而不僅僅是電報。然而,至少我們會更了解它的大小。
儘管如此,英國的格林威治天文台和邱園天文台都有磁力圖 測量地球磁場強度和方向的波動,隨後證明主要是對太陽活動的反應。
自 1838 年以來,當地地磁的測量值是將光線照射到懸掛的磁化金屬片末端的鏡子上,這樣它們就可以自由擺動,反射光落在感光紙上。邱園在大風暴發生前兩年加入。
當太陽活動擾亂地球磁場時,磁鐵會扭曲,導致光線在紙上移動。幹擾越強,光線移動越遠。這張紙被安裝在一個緩慢旋轉的鼓上,類似於那些災難電影教我們與地震儀聯繫起來。
不幸的是,這兩個系統在建造時都沒有考慮到地磁場會受到 1859 年那樣強烈的衝擊。結果,帶有鏡子的金屬擺動得如此之大,以至於在卡林頓事件之前的磁暴期間,光束從相紙上消失了 12 個小時,並且在事件本身期間再次消失。如此大的波動告訴我們這是兩起非常強烈的事件,但沒有告訴我們有多強烈。
正是在這裡,磁圖記錄的數位化被證明是一個意想不到的好處。這些紙本記錄已被仔細存檔,根據英國地質調查局 Ciaran Beggan 博士領導的團隊的說法,「考慮到它們的年代和保存方式,它們的狀況相對良好」。從裝訂中仔細提取後,每日記錄被拍照並數位化,形成一個連續的序列,而不是互不相連的日子。
透過測量光束離開紙張之前和返回之後的移動速率,作者計算了磁場變化的速率,他們估計最小為 500 nT/分鐘。鑑於百年一遇的風暴預計將在倫敦緯度產生 350-400 nT/min 的變化,即使下限值也非同尋常。
除了光線從紙上擺動多遠的問題之外,將測量到的運動轉換為現代國際單位制也不容易。儘管如此,貝根和合著者利用兩次測量之間的比較進行了詳細的重建,將運動轉化為場強的納特斯拉變化。該領域方向的變化同樣重要。
卡林頓事件兩年後,一篇科學論文根據此類數據估算了其強度,並得出了類似的結論。然而,20 世紀的天文學家沒有經歷過如此巨大的事件,因此得出結論,最初的估計肯定誇大了它。
「看看變化率……每分鐘至少 500 納特斯拉,這支持了 1861 年原始論文的建議,」Beggan 告訴我們新科學家。 “這再次證明卡林頓風暴是一場極端事件。”
相互競爭的科學團體建立了這些磁圖,因為在 GPS 出現之前,地球磁場對於導航至關重要。早在 17 世紀,埃德蒙·哈雷 (Edmond Halley) 就曾帶領航海繪製大西洋兩岸磁場變化方式的地圖,隨後意識到隨著時間的推移發生的變化也需要考慮在內。不幸的是,我們擁有的兩組記錄僅相距 20 公里(12.4 英里),很難代表全球覆蓋範圍,但更多零散數據是從芬蘭、印度和危地馬拉等地收集的。
該研究是開放取用的太空天氣。