在1859 年 9 月 1 日業餘天文學家理查卡林頓做出了一項將永遠改變世界的發現。 當這位 33 歲的年輕人將他的黃銅望遠鏡指向天空時，他注意到一群巨大的太陽黑子上方突然出現了一道明亮的光。 起初，他以為這是他的設備故障，但很快他就意識到自己是觀看來自太陽本身的爆炸事件。
我們現在知道卡林頓觀測到的是有史以來襲擊地球的最大地磁風暴。 在接下來的日子裡，「卡靈頓活動「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，使操作員震驚，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。
請記住，這一切都發生在第一台成功的汽油引擎的同一年證明了。 在現代科技統治我們一舉一動的時代，類似的太陽事件會產生有害影響，影響幾乎生活的方方面面，從你發布自拍照的能力到你如何廁所沖水。 但要了解此類事件將如何影響當今的世界，我們首先需要了解太空天氣的運作方式。
太陽風暴的三個階段
太陽的力量來自於核融合，將氫轉化為氦並以光和熱的形式釋放能量。 氫呈帶電等離子體形式，當它移動時會產生強大的電流和磁場。
在太陽風暴的第一階段，這種磁能會以驚人的方式釋放，並伴隨著 X 射線和紫外線 (UV) 發射。 這些被稱為太陽耀斑。 如果這些事件與高能粒子的釋放有關，它們可能會成為成熟的太陽風暴或日冕物質拋射（CME），我們可以將其視為太陽“打嗝（如果太陽噴出的威力相當於兩千萬顆核彈）。 在日冕物質拋射過程中，被稱為等離子體的加熱氣泡從太陽中噴出，在太陽系中發出漣漪般的衝擊波。 天文學家並不確切知道這些現象發生的原因，但一致認為太陽磁場與此有關。 太陽不是固體，而是由等離子體構成，等離子體是一種帶電的流體狀物質狀態。 這種狀態會受到湍流的影響，而湍流移動太陽磁場線的方式與我們拉伸橡皮筋的方式非常相似。 但是，如果拉伸太多，它就會折斷。
總之，三者結合起來創造了完美的太陽風暴。
太陽風暴經常發生，但很少會投射到地球。 比造成卡靈頓事件的風暴小得多的風暴對我們的電力系統和基礎設施造成了嚴重破壞，而一場大風暴可能會造成更大的損失。 根據 2009 年 NASA 資助的學習幾乎沒有什麼能免受太空天氣的影響，它幾乎影響著現代社會的各個層面。 根據 2008 年的一份報告，光是在美國，第一年的損失就可能達到 1-2 兆美元，完全恢復需要十年左右的時間。國家研究委員會。 其他估計是相似的。
對地球氣候的潛在影響
太陽產生多種波長的能量，在可見光中達到峰值，但延伸至紅外線和紫外線。 當談到太空天氣的影響時，紫外線尤其重要，因為我們從太陽獲得的紫外線量以 11 年為一個週期變化。 我們進入了一個新的週期，2019 年 12 月，這意味著我們已經過了太陽活動極小期，並將在未來幾年內走向更活躍的極大期。 當太陽更活躍時，我們會得到更多的紫外線，這會影響平流層的化學成分並改變大氣的溫度。 美國國家海洋暨大氣總署的太空天氣預報中心（SWPC）報告稱，人們對紫外線在地球氣候變遷中的作用知之甚少，但有一種理論認為，在整個太陽週期中，宇宙射線可能會在大氣中產生核。 這可能會導致雲的形成，創造出更多雲的條件，並進一步影響到達地球的光量。
但是，嘿，這也不全然是壞事。 這北極光（北極光）和南極光（南極光）是電子在距離地球表面 80 至 500 公里（50-310 英里）的高層大氣中碰撞的結果，因此至少我們將看到令人驚嘆的景色。
電網
1859 年，世界遠沒有像今天這樣相互連結或依賴電力系統。 電力存在於人造系統中，但也存在於自然界中。 地球、海洋和大氣層會對行星的自轉、月球的引力和太陽輻射的變化做出反應。 地磁風暴可能會對這些系統造成乾擾，這種幹擾於 1940 年首次被觀察到，此後被發現會引發停電、設備跳脫、造成變壓器損耗並幹擾長線通訊電纜。
NASA 的報告指出：「電力是現代社會的基石技術，幾乎所有其他基礎設施和服務都依賴電力。」報告還指出，超過1.3 億人將失去電力供應，並且「供水在數小時內受到影響；水的分配將在數小時內受到影響； 12 至 24 小時內流失的易腐食品和藥物； 暖氣[和]空調、污水處理、電話服務、燃料補給等的損失。
1989 年 3 月也發生類似事件，當時一場地磁風暴導致加拿大魁北克水電公司電網崩潰，導致數百萬人斷電長達九個小時，約200 個異常從美國東北部到大西洋中部，再向東延伸到中西部的電網。 在2017年，一個巨大的太陽黑子產生了日冕物質拋射，成為十年來最大的太陽耀斑，導致歐洲、非洲和大西洋的短波無線電癱瘓。
全球定位系統
幾乎每部手機、汽車和任何需要任何級別精確位置測量的設備（從農業和建築到勘探和測量）都採用了全球定位系統 (GPS)。 預計該系統的影響力將在未來幾年內以更大的容量體現出來，預計未來該產業的價值將接近 30 億美元5年。
GPS 無線電訊號從衛星傳輸到地面接收器，在沒有太空天氣幹擾的情況下穿過電離層。 我們的 GPS 系統相當準確，在一公尺左右，但當電離層受到太空天氣事件的干擾時，它們所運行的模型就不再準確。 這可能會將設備的精度影響到數十公尺甚至更遠。
高頻無線電通訊
電離層的變化也會影響我們的無線電傳輸，無線電傳輸廣泛應用於從汽車音響到商業航空公司和聯邦通訊的各個領域。 在輻射風暴期間，太陽耀斑會以與衛星通訊失敗類似的方式中斷無線電通信，但這些往往會恢復正常不久。
衛星系統
衛星通訊主宰著我們的日常生活，並以任何與太空中的人造衛星進行通訊的實體的形式存在——目前約有 2,000 顆人造衛星正在使用。 衛星通訊使用類似無線電訊號的高頻訊號，當環境條件阻礙兩點（即手機訊號塔和軌道衛星）之間的路徑時，高頻訊號可能會受到影響。 當等離子體處於電離層中時，訊號也會受到影響，並且可能會完全失去通訊。
這發生在 2003 年，當時發生了一系列持續近三週的太陽耀斑和日冕物質拋射。 它們被稱為萬聖節風暴，尤其可怕，因為它們導致瑞典各地停電、衛星受損以及太空船中的儀器暫時關閉。
美國國家航空暨太空總署(NASA) 太陽能科學家霍莉·吉爾伯特(Holly Gilbert) 表示：「這些風暴的影響非常嚴重，飛機管制員不得不改變飛機航線，影響了衛星系統和通信，也導致瑞典停電約一個小時。陳述。
我們如何準備？
2012 年的跡象表明，我們有八分之一的機會看到一場災難性的特大風暴2020年，但確實無法預測它何時或有多強大。 為了安全起見，NASA來電重新設計基礎設施，使電力公司能夠在暴風雨來臨之前關閉變壓器。 該航太局表示，更好的預測措施將使研究人員能夠更好地預測這些太陽耀斑出現的時間和地點，如果它們朝向地球，則可以讓操作員有時間進行調整。
多虧了像這樣的望遠鏡在歐洲，，以及，以及諸如 NASA 之類的任務和歐空局的，過去幾年產生了有史以來最高分辨率的太陽影像，使我們能夠更多地了解我們的恆星，並磨練我們的能力預測技巧。
如果一切都失敗了，那就仰望天空，看看美麗的表演吧。
