历史上最大的太阳风暴——卡灵顿事件，比我们想象的还要大

昨晚地球经历了最强地磁风暴自 2017 年以来，这一事件的规模一直很小，但与 1859 年有记录以来最强的太阳风暴卡灵顿事件相比，这一事件规模较小。现在，我们了解到卡灵顿事件期间地球磁场的破坏甚至比之前估计的还要大。现代数字追踪和详细重建相结合，挖掘了当时地球磁场的记录，揭示了比人们想象的更多的东西。这一发现强调了现代社会可能多么容易受到重复这样的事件。

1859 年 9 月 1 日，太阳向地球喷出带电气体和亚原子粒子，其能量相当于 100 亿颗原子弹，导致电报通信中断，电报操作员受到严重电击，系统起火。据报道，远至古巴和夏威夷都出现了北极光，目击者仅凭极光的光辉就能阅读报纸。

太阳风暴自地球诞生以来就一直存在。然而，我们对规模的估计依赖于非常间接的测量，例如某些树木年轮中的放射性同位素. 在有记载的历史记录中巨大的极光可以提示太阳风暴发生的时间，但对估计规模却没有多大用处。因此，我们关于太阳风暴规模的数据只能追溯到不到两个世纪以前。

巧合的是，卡灵顿事件是当时最大的风暴，它发生时，这种追踪还处于起步阶段。当时的记录被发现包含比人们想象的更多的有关该事件的信息，对于那些在更加网络化的世界中为未来撞击做准备的人来说，这不是一个好消息。

如果卡灵顿事件真的发生了，几十年后比起实际的 1859 年，它应该有电力和长长的铁路线可供通电，而不仅仅是电报。不过，至少，我们能更好地了解它的大小。

尽管如此，英国的格林威治天文台和基尤天文台都有磁力图 测量了地球磁场强度和方向的波动，随后表明这主要是对太阳活动的反应。

自 1838 年以来，当地地磁测量位置为格林威治通过将光线照射到悬挂在磁化金属片末端的镜子上，使它们可以自由摆动，反射的光线落在感光纸上。Kew 在大风暴来临前两年加入。

当太阳活动扰乱地球磁场时，磁铁会扭曲，导致光线在纸上移动。扰乱越强烈，光线移动得越远。纸张被安装在一个缓慢旋转的滚筒上，类似于灾难片中教我们与地震仪联系在一起的那些滚筒。

不幸的是，这两个系统在建造时都没有考虑到地磁场会受到像 1859 年那样强烈的打击。结果，在卡灵顿事件之前的磁暴期间，镜面金属摆动幅度很大，光束从相纸上消失了 12 个小时，并且在事件本身中再次消失了。如此巨大的运动告诉我们这是两次非常强烈的事件，但并不知道强度有多大。

正是在这里，磁图记录的数字化被证明是一个意想不到的福音。纸质记录已被仔细归档，根据英国地质调查局 Ciaran Beggan 博士领导的团队的说法，这些纸质记录“考虑到它们的年代和保存方式，保存得相对良好”。在仔细地从装订中取出后，每日记录被拍照并数字化，从而形成了一个连续的序列，而不是不连续的日子。

通过测量光束离开纸张之前和返回纸张之后的移动速度，作者计算出场的变化速度，他们估计最低变化速度为 500 nT/分钟。考虑到百年一遇的风暴预计会在伦敦纬度产生 350-400 nT/分钟的变化，即使是最低值也是惊人的。

除了光线偏离纸张多远的问题外，将测量到的运动转换为现代 SI 单位也并非易事。尽管如此，Beggan 和合著者通过比较两次测量结果进行了详细的重建，将运动转换为纳特斯拉的场强变化。场方向的变化同样重要。

卡灵顿事件发生两年后，一篇科学论文根据此类数据估算了其强度，并得出了类似的结论。然而，20 世纪的天文学家从未经历过如此大规模的事件，因此得出结论，最初的估计一定夸大了。

Beggan 告诉记者：“看看变化率，它至少是每分钟 500 纳特斯拉，这在某种程度上支持了 1861 年论文中提出的假设。”新科学家。“这再次证明卡灵顿风暴是一次极端事件。”

相互竞争的科学协会建立了这些磁图，因为在 GPS 出现之前，地球磁场对于导航至关重要。早在 17 世纪，埃德蒙·哈雷就率领航行队绘制了横跨大西洋的磁场变化图，后来才意识到随着时间的推移，变化也需要考虑在内。不幸的是，我们拥有的两组记录相距仅 20 公里（12.4 英里），几乎不能代表全球范围，但芬兰、印度和危地马拉等地收集了更多零碎的数据。

本研究开放获取太空天气。