我们迫切需要太空“气象”预报？

　　太阳风暴会对地球造成严重破坏，而且它们会在没有预警的情况下袭来。因此，我们迫切需要——太空“气象”预报

　　征兆在2022年1月30日就出现了，但当时没有人预料到它有多严重。那天，太阳向着地球抛出一团日冕物质，形成太阳风暴。这本来不是一个大问题，虽然太阳风暴能加热地球的大气层，使其膨胀，导致地球低空卫星运行的轨道真空度降低，阻力变大，但这一般只有轻微的后果。然而，几天后，当美国著名的私人航天公司SpaceX将49颗星链卫星发射到低空轨道之后，发现卫星遭遇了比预期大得多的阻力。最后，这些卫星坠落下来，在大气层中烧毁。

　　这一事故显示了太阳的“任性”有时会给我们带来多大的破坏力。

　　太阳风暴的破坏性不堪设想

　　在地球上，我们每日都在享受着来自太阳的好处。但是别忘了，我们也生存在持续的太阳风的威胁之下。太阳风携带着大量带电粒子，幸好它们中大多数被地磁场偏转了，到达不了地面，顶多只在两极的大气中形成炫丽的极光。

　　然而，每隔一段时间，太阳就会吐出更多的物质，形成所谓的日冕物质抛射(CEM)，到达地球就是太阳风暴。太阳风暴威胁到地球上的卫星和基础设施，袭击星链卫星只是一个小小的例子。

　　为了让你了解太阳风暴的破坏性有多严重，让我们把时钟拨回到1859年9月2日。那一天，地球被一场巨大的太阳风暴所吞没。巨量的带电粒子从太阳表面被抛出，当它们来到地球，冲击了地磁场所形成的屏障。接下来发生的事情完全是突如其来：全球电报系统出现故障，电报线火花四溅，引发火灾。一名电报员被电火花击晕。罗盘毫无用处地摇摆。全球通信和海上航行都陷入停顿。

　　幸好如此大规模的太阳风暴发生在科技还不太发达的19世纪，如果发生在今天，后果更不堪设想。今天，我们更加依赖电力，而电网在太阳风暴面前是脆弱的。我们有大量的低轨道卫星，无数车辆、船只、飞机依靠GPS导航，还有人在空间站生活。太阳风暴甚至可以破坏互联网。

　　要把危害降低需要我们像预报天气一样，预报太空的“气象”。

　　太空“气象”预报

　　日冕物质抛射是太阳在磁暴活动中抛射出来的，磁暴活动通常伴有耀斑。射出的粒子需要一两天时间才能到达地球。因此，太空气象预报的基本思路是：先在紫外线波段寻找太阳的耀斑;然后用日冕仪(一种特殊的能阻挡太阳刺眼光芒的相机)，寻找任何抛射出的日冕物质;如果日冕物质向地球方向移动，就发出警报。

　　虽然这原则上很简单，但在实践中并不容易。因为最近的研究表明，一些太阳风暴可能会在完全没有可见耀斑的情况下袭向我们。在过去几年里，太阳物理学家已经开始怀疑，一些日冕物质是悄悄来到地球的。他们把这称为“隐形日冕物质抛射”(隐形CME)。

　　如果隐形CME的出现没有任何预兆，它们的来袭就是不可预测的，这对于我们是个极大的打击。但天文学家并不甘心，还是想方设法去发现隐形CME出现前蛛丝马迹的预兆。

　　目前，有一群天文学家正在研究隐形的CME。他们也确实找到了一些隐形CME出现前的暗示，如太阳表面的一个瑕疵或一个不寻常的图案等，不过离预报还是相当遥远。

来自太阳的带电粒子在北极上空形成的炫丽的极光

　　同时，一些天文学家认为，推动隐形CME和可预测的CME(即伴随耀斑的CME)形成的物理机制很可能是不同的。因此，迫切需要对太阳的活动有更深入的了解。为此，他们把现有在太阳系内部绕着太阳的各种航天器整合起来，形成空间气象站的各个站点。这些航天器包括美国的帕克太阳探测器和欧洲的太阳轨道器，还有欧日联合的水星任务以及欧美联合的SOHO任务，等等。

　　总之，我们目前对空间气象的理解正在飞跃性地提高，但是，要可靠地预报太空“气象”，任务仍然十分艰巨。

　　我们知道，太阳活动大约以11年为一个周期，从低谷到高潮再到低谷。在太阳活动进入最低点前后，天文学家估计多达三分之一的CME是隐形的。当太阳活动进入极盛期，情况更糟。那时候甚至连可见的耀斑都很难与特定的日冕物质抛射联系起来，更不用说隐形的日冕物质抛射了。

　　上一次太阳活动最低点是在2019年12月。现在，太阳正朝着高潮期上升，预期2025年左右达到最高点，届时地球卫星、电网和互联网等基础设施将面临巨大的风险。时不我待，但愿太空“气象”预报系统能早日建立和完善起来。

　　炸锅的互联网

　　没有互联网，你能忍耐多久?随着太阳活动进入下一个最高点，预计到了2025年左右，答案就会揭晓。

　　2021年，一份关于太阳活动可能影响互联网的分析报告认为，横跨海底的光缆特别容易受到影响。这是因为海底光缆需要很长的电线来连接各个“中继站”，即防止光信号产生误差的设备。当一个大规模的太阳风暴袭来时，磁暴可能会在连接中继站的电线中引起巨大的电流。届时，80%的海底光缆可能失效。

　　如果能提前预警，以某种方式切断电路，可能会有帮助，但预警并不总是可能的，尤其当太阳风暴是由隐形的日冕物质抛射引起的时候。而修复海底电缆的成本很高，也很耗时。总之，不管是提前切断还是为了修复，我们都可能不得不面临长时间断网的风险。