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太阳风暴能摧毁所有电力系统吗?
太阳风暴能摧毁所有电力系统吗?
(2010-08-11 15:43:35)
 

        在一首由Hy Zaret、Lou Singer作词,被They Might Be Giants乐队广泛传唱的歌里唱到,“太阳是一个耀眼的大气团,一个巨大的核反应体”。如果进一步细究,这个关于太阳的初级分类未免有些狭隘。事实上,太阳的原理十分复杂,至今人们依然没有完全了解它。

 


太空实验室拍摄的1973年太阳耀斑爆发照片。

         但我们知道的是:太阳是一个巨大的、酷热的、由电离气体组成的天体。我们把这种气体叫做等离子气体,它是宇宙中最常见的物质存在形式。组成太阳的气体原子非常热,以至于它们不能束紧自己的电子。这些气流可以携带电子穿过太阳。

        如果您十分熟悉磁铁,就会知道电流能制造磁场,这同太阳活动的原理相同。太阳的周围存在着一个强大的磁场,太阳通过自转延续着这个磁场。

        使事情更复杂的是,热物体有着膨胀的趋势。太阳是非常热的星体,同时体积和密度都很大,这意味着它具有很强的吸引力。通常,太阳的重力平衡着它膨胀的趋势。

        这些力量的共同作用导致太阳表面变化剧烈。带电的气流使磁力线发生扭曲,这可以防止来自太阳内部的热气体上升到表面,形成太阳黑子。与其它表面相比,出现太阳黑子的表面颜色更暗一些,这里的温度较周围的亮区域也要低很多。

        黑子形成的磁场线把高温气体困在下面,防止它们到达表面。这些气体也把电磁线缠成更紧的圈,有时甚至许多的磁力线缠绕在一起。偶尔,没有意外发生时,磁力线削弱,黑子减少,同时,高温气体升到太阳表面。但有时,压力持续增加,磁力线会突然骤升,导致太阳耀斑出现。

         太阳耀斑不只是高温气体的爆炸,一次太阳耀斑可以发射出整个光谱的光线,这其中有我们看不到的光,包括X射线和伽马射线,这些射线会对人类造成伤害。幸运的是,地球的大气层能吸收这些高能射线中的大多数。

这是NASA拍摄的一次太阳喷发的照片。

 

        但这并不表明人类不受耀斑爆发的影响。在太空中或高海拔的人们,如在飞机上的人,就有可能受到强烈的辐射。这种辐射会对人体造成短期或者长期的伤害,如皮肤过敏,甚至增加患皮肤癌的风险。不过这些伤害都可以通过治疗得到康复。

        电子设备也极易受到这些射线的攻击。如果高能射线击中卫星,它们就可以从金属部件内部剥离电子,电离它们。电子挣脱束缚后,卫星中的电子设备就可能出现短路。它们还可以创建磁场,破坏卫星系统。有些卫星能屏蔽这些射线保护自己,但很多卫星仍然很容易受到影响。

        由于地球的大气层吸收了大部分危险的射线,所以太阳耀斑对于地面系统是比较安全的。但另一种称作为日冕物质抛射的活动,则会给地球上的电子产品带来很严重的麻烦。在日冕物质抛射期间,太阳磁场波动导致太阳表面迅速扩大,向太空喷射出数十亿吨的粒子。有时日冕物质抛射会伴随太阳耀斑而产生,但不是所有的太阳耀斑都产生日冕物质抛射,也不是所有的日冕物质抛射都是随太阳耀斑而产生的。

        不同于太阳耀斑,日冕物质抛射不会产生强烈的光,但它却会产生磁场冲击波。这种冲击波能扩展到太空中十亿英里远处,如果该冲击波经过地球,地球的磁场将作出反应。这同将一块弱磁铁放到一块强磁铁旁边的原理一样,弱磁铁会将自己调整为与强磁铁相同的磁场。太阳的电磁冲击波会使地球的磁场线发生无法预测的改变。

        美丽的光并不是日冕物质抛射带来的唯一成果,它将使地球上所有的指南针失去功能。而且,由于磁场可以产生电流,任何导体都可能成为一个电感器。一次强大的日冕物质抛射能生成巨大的导体,这可能造成地球电力系统的超载,从而破坏整个系统。

         接着我们将清楚地看到,一次强烈的日冕物质抛射过后情况有多糟糕.

        虽然单一的太阳耀斑活动不足以对地球造成影响,但是强大的日冕物质抛射就得另当别论了。而事实上,这也有过先例,只是当时人们没有先进的电子设备,而即便有了,那时的人们还没有像现在这样依赖它们。

 

一次强大的太阳风暴可能导致整个地球的电力系统瘫痪。

         1859年,一场强大的日冕物质抛射在地球磁层周围引起了强烈的磁场波动。其结果就是,生活在古巴的人们目睹了北极光现象,而指南针和电报系统随之瘫痪,它的威力如此强大以至于引发了磁暴。当时的科学家和学者对所有可能引起混乱的起因进行辩论,现在我们当然知道是日冕物质抛射搞的鬼了,但当时的人们还没有这种概念。今天,人们比1859年更依赖电子设备和电力。如果遭到类似的袭击,人类将会更加麻烦,因为巨大的磁力将诱导任何大型导体,包括电力变压器和电网。

        但这还不算太坏。即便北美电网的荷载几乎接近于磁暴的能量,它也难以承载太阳风暴增加的电力负荷。电力线会因为电压过大而弯曲下垂,甚至有可能“啪”的一下突然折断,而大规模的停电也很可能影响到大陆上的多数人们。电磁波动还会干扰无线电信号,通信和卫星系统都将崩溃。

        修复这些损失可能会花费几个月或几星期的时间,但在此期间,人们根本不知道发生了什么事情,因此紧急救援行动将面临严峻的挑战。虽然电磁波动可能并不会破坏像手机、电脑这些个人电子设备,但局域通信网络却可能已经损坏。换句话说,小的电子设备可能还可以使用,但失去了电力网、通信网这些服务,它们也将变为废物。

        日冕物质抛射可能会影响您的电脑并导致故障,但在大多数情况下,简单的重新启动完全可以解决这个问题。可随着电网被破坏,电源充电就会受到限制,一旦存储的电用完了,我们就束手无策了。

        虽然人们无法阻止太阳风暴的发生,但是可以采取方法限制日冕物质抛射的影响。其中之一就是要彻底检修电网系统,我们需要一种智能电网,它的电容量必须要比我们当下正使用的大很多才行。另外,我们还需要制定屏蔽设施,以便尽可能地保护基础电力设施不受磁场波动的影响。

        其实即使最坏的情况发生,太阳风暴也不至于摧毁整个地球上所有的电力系统,因为相比之下,一些地区所受的影响简直微乎其微。其实只有规模空前的太阳活动才能毁掉地球上全部的电力系统,但即使是温和的日冕物质抛射也能说明,太阳公公在发脾气的时候我们是何等的脆弱!
 
 
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