在1859 年 9 月 1 日业余天文学家理查德·卡林顿发现了一个永远改变世界的现象。当这位 33 岁的天文学家将他的黄铜望远镜指向天空时，他注意到一大群太阳黑子上方突然出现了一道亮光。起初，他以为是设备故障，但很快意识到是观看来自太阳本身的爆发事件。
我们现在知道，卡灵顿观测到的是有史以来袭击地球的最大地磁风暴。在接下来的几天里，“卡灵顿活动”向地球喷出的能量相当于 100 亿颗原子弹的带电气体和亚原子粒子，导致电报通信中断，电击接线员，并导致系统起火。据报道，在古巴和夏威夷南部都出现了北极光，目击者仅凭极光的光辉就能阅读报纸。
请记住，这一切都发生在第一台成功的汽油发动机问世的同一年证明在现代科技主宰我们一举一动的时代，类似的太阳活动将产生有害影响，影响生活的几乎每个方面，从你发布自拍照的能力到你的冲厕所。但要了解这样的事件将如何影响我们今天的世界，我们首先需要了解太空天气是如何运作的。
太阳风暴的三个阶段
太阳能量来自核聚变，将氢转化为氦，并以光和热的形式释放能量。氢处于带电等离子体状态，在移动时会产生强大的电流和磁场。
在太阳风暴的第一阶段，这种磁能可以以惊人的方式释放，并伴有X射线和紫外线（UV）发射。这些被称为太阳耀斑。如果这些事件与高能粒子的释放有关，它们可能会发展成为成熟的太阳风暴或日冕物质抛射（CME），我们可以将其视为太阳“打嗝” (假设太阳喷出的威力相当于 2000 万颗核弹)。在日冕物质抛射期间，太阳会喷出被称为等离子体的加热气泡，向太阳系发出冲击波。天文学家并不清楚这些现象发生的原因，但他们一致认为这与太阳磁场有关。太阳不是固体，而是由等离子体组成，等离子体是一种带电的流体状物质。这种状态会受到湍流的影响，湍流会使太阳的磁场线移动，就像我们拉橡皮筋一样。但是，如果拉得太长，橡皮筋就会断掉。
总之，三者结合在一起，形成了完美的太阳风暴。
太阳风暴经常发生，但它们很少会朝地球方向移动。比造成卡灵顿事件的风暴小得多的风暴已经对我们的电力系统和基础设施造成了严重破坏，而大型风暴可能会造成更大的损失。根据 2009 年美国宇航局资助的学习几乎没有任何东西能免受太空天气的影响，它几乎影响到现代社会的方方面面。根据 2008 年的一份报告，仅在美国，第一年损失就可能达到 1-2 万亿美元，完全恢复需要 10 年左右的时间。国家研究委员会. 其他估计是相似的。
对地球气候的潜在影响
太阳产生多种波长的能量，峰值在可见光波段，但延伸到红外线和紫外线波段。紫外线对太空天气的影响尤其重要，因为我们从太阳获得的紫外线量以 11 年为周期变化。我们进入了一个新的周期，2019 年 12 月，这意味着我们已经度过了太阳活动极小期，并将在未来几年迎来更活跃的极大期。当太阳更加活跃时，我们会接收到更多的紫外线，这会影响平流层的化学成分并改变大气温度。美国国家海洋和大气管理局的空间天气预报中心 (SWPC) 报告称，人们对紫外线在地球气候变化中的作用知之甚少，但有一种理论认为，在整个太阳周期中，宇宙射线可能会在大气中形成成核。这可能会引发云层的形成，造成云层更密，并进一步影响到达地球的光量。
但嘿，这也不全是坏事。北极光（北极光）和南极光（南光）是地球表面上方 80 至 500 公里（50-310 英里）的高层大气中电子碰撞的结果，因此至少我们可以看到绝美的景色。
电网
1859 年，世界还没有像今天这样相互联系或依赖电力系统。电力存在于人造系统中，也存在于自然界中。地球、海洋和大气层对地球自转、月球引力和太阳辐射变化作出反应。地磁风暴会对这些系统造成干扰，这种现象最早在 1940 年被观测到，此后人们发现，它会引发停电、设备故障、变压器损耗，并干扰长线通信电缆。
美国宇航局的报告指出：“电力是现代社会的基石技术，几乎所有其他基础设施和服务都依赖于电力”，并称超过 1.3 亿人将断电，“供水将在数小时内受到影响；易腐烂食品和药物将在 12 到 24 小时内丢失；供暖和空调、污水处理、电话服务、燃料补给等将中断。”
1989 年 3 月也发生过类似事件，当时一场地磁风暴导致加拿大魁北克水电公司电网崩溃，数百万人停电长达 9 个小时，约200 个异常电网受到影响，影响范围从美国东北部到大西洋中部，一直延伸到美国中西部。2017，一个巨大的太阳黑子产生了一次日冕物质抛射，成为了十年来最大的太阳耀斑，导致欧洲、非洲和大西洋的短波无线电中断。
全球定位系统
几乎每部手机、汽车以及任何需要精确定位测量的设备（从农业和建筑到勘探和测量）都采用了全球定位系统 (GPS)。预计该系统的影响将在未来几年内进一步扩大，预计该行业在未来几年的价值将达到近 30 亿美元5年。
GPS 无线电信号从卫星传输到地面接收器，在没有太空天气干扰的情况下穿过电离层。我们的 GPS 系统相当准确，误差在一米左右，但当电离层受到太空天气事件干扰时，它们所依据的模型不再准确。这可能会影响设备的精度，误差在几十米甚至更多。
高频无线电通信
电离层变化还会影响我们的无线电传输，无线电传输广泛用于从汽车音响到商业航空公司和联邦通信等各个领域。在辐射风暴期间，太阳耀斑会以与卫星通信失败类似的方式破坏无线电通信，但这些通信往往会恢复正常不久。
卫星系统
卫星通信统治着我们的生活，它以任何与太空中的人造卫星通信的实体的形式存在——目前大约有 2,000 颗人造卫星正在使用中。卫星通信使用类似于无线电信号的高频信号，当环境条件阻碍两点（即手机信号塔和轨道卫星）之间的路径时，这些信号可能会受到影响。当等离子体处于电离层时，信号也会受到影响，并且可能会完全失去通信。
这发生在 2003 年，当时发生了一系列持续近三周的太阳耀斑和日冕物质抛射。这些被称为万圣节风暴的事件尤其可怕，因为它们导致瑞典全境停电、卫星受损以及航天器仪器暂时关闭。
美国宇航局太阳科学家霍莉·吉尔伯特在一份声明中说：“这些风暴的影响非常可怕，以至于（飞机控制员）不得不改变飞机的航线，影响了卫星系统和通信，还导致瑞典停电约一小时。”陈述。
我们如何准备？
2012 年的迹象表明，我们有八分之一的机会在2020，但实际上无法预测它何时爆发或威力有多大。为了安全起见，NASA调用重新设计基础设施，使电力公司能够在风暴来临之前将变压器下线。航天局表示，更好的预测措施将使研究人员能够更好地预测这些太阳耀斑出现的时间和地点，如果它们朝地球移动，操作员将有时间进行调整。
得益于这样的望远镜在欧洲，，以及以及 NASA 的和 ESA 的过去几年，科学家们拍摄到了有史以来分辨率最高的太阳图像，这让我们能够更多地了解我们的恒星，并磨练我们的预测技能。
如果其他方法都失败了，那就仰望天空，欣赏一场美丽的景色吧。
