來(lái)源：“中國(guó)科普博覽”公眾號(hào)（ID：kepubolan） 

在奧巴馬簽署的題為《協(xié)調(diào)努力為國(guó)家做好空間天氣事件的準(zhǔn)備》的總統(tǒng)行政命令中，美國(guó)政府認(rèn)識(shí)到，空間天氣所威脅的，不只是地球之外的環(huán)境，還會(huì)在國(guó)家層面上對(duì)關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施和技術(shù)產(chǎn)生影響。而美國(guó)政府對(duì)極端空間天氣事件的重視，很大程度上來(lái)源于2003年萬(wàn)圣節(jié)期間超級(jí)太陽(yáng)風(fēng)暴對(duì)人類社會(huì)所依賴的各個(gè)高技術(shù)系統(tǒng)的全面影響。

2003年，太陽(yáng)進(jìn)入了第23太陽(yáng)活動(dòng)周的極大期，太陽(yáng)表面的黑子數(shù)達(dá)到了11年以來(lái)的極大值，從而使太陽(yáng)進(jìn)入了異常活躍的狀態(tài)。2003年10月末至11月初，太陽(yáng)上的一系列爆發(fā)事件給地球的空間環(huán)境帶來(lái)了災(zāi)害性的影響。由于這些爆發(fā)事件的發(fā)生時(shí)間恰好與西方的萬(wàn)圣節(jié)重合，研究者普遍將這次爆發(fā)事件稱之為“萬(wàn)圣節(jié)事件”。

相比于1989年，人類社會(huì)的現(xiàn)代化程度已經(jīng)有了質(zhì)的提升，有更多的領(lǐng)域容易受到惡劣的空間天氣影響。同時(shí)，從太空到地面更加完善的空間天氣觀測(cè)設(shè)施，也讓研究者們能夠更全面觀察超強(qiáng)太陽(yáng)風(fēng)暴發(fā)生和發(fā)展的過(guò)程。

“萬(wàn)圣節(jié)事件”電磁輻射的觀測(cè)記錄，多日超出輻射警報(bào)值（圖片來(lái)源：www.greatdreams.com）

“萬(wàn)圣節(jié)事件”期間NASA的SOHO衛(wèi)星在不同波段拍攝到的一次耀斑爆發(fā)現(xiàn)象。（圖片來(lái)源：NASA）

2003年10月18日至11月8日，太陽(yáng)上的三個(gè)大黑子群總共產(chǎn)生了143次耀斑爆發(fā)和80次日冕物質(zhì)拋射(CME)爆發(fā)。在這143次耀斑爆發(fā)中，11月4日爆發(fā)的X28級(jí)耀斑是有耀斑衛(wèi)星觀測(cè)以來(lái)記錄到的最強(qiáng)耀斑。實(shí)際上，這個(gè)耀斑的巨大輻射超過(guò)了相關(guān)衛(wèi)星上測(cè)量設(shè)備的量程，X28的級(jí)別并非來(lái)自準(zhǔn)確的探測(cè)，而是根據(jù)探測(cè)曲線外推做出的推斷。

有研究者根據(jù)地球受該耀斑襲擊后的反應(yīng)推測(cè)，該耀斑的實(shí)際級(jí)別可能高達(dá)X45。在80次CME爆發(fā)中，對(duì)地球影響最為嚴(yán)重的是10月28日和10月29日相繼爆發(fā)的兩次CME。這兩個(gè)CME每個(gè)的威力都十分強(qiáng)大，而他們?cè)凇跋嗷ヅ浜稀鼻忠u地球的過(guò)程中，第一個(gè)CME為第二個(gè)掃清了前進(jìn)道路上的障礙，使得第二個(gè)CME能夠以更加劇烈的方式，影響地球附近的空間天氣狀況。

耀斑和CME所帶來(lái)的高能粒子，像是太空中看不見(jiàn)的“子彈”，威脅著航天員的生命安全和衛(wèi)星器件的正常工作。在航天領(lǐng)域，在類似“卡靈頓事件”的情況下，為了防止在國(guó)際空間站上工作的宇航員遭受高能粒子帶來(lái)的過(guò)量輻射，地面控制人員命令宇航員們進(jìn)入防護(hù)能力更強(qiáng)的艙段避險(xiǎn)，并關(guān)閉了國(guó)際空間站上的一些設(shè)施。

MeV能級(jí)以上的高能粒子能夠擊穿衛(wèi)星的外殼，使衛(wèi)星電子器件中的信號(hào)狀態(tài)發(fā)生變化，引發(fā)衛(wèi)星工作的異常。在磁層亞暴期間，中等能量的電子還可能使衛(wèi)星表面出現(xiàn)充電現(xiàn)象，進(jìn)而引發(fā)阻礙衛(wèi)星正常工作的信號(hào)噪聲，甚至可能通過(guò)放電在對(duì)衛(wèi)星期間造成物理?yè)p壞。

ACE衛(wèi)星是部署在太陽(yáng)和地球連線上一個(gè)固定位置的空間天氣探測(cè)任務(wù)，它就像一位警覺(jué)的“哨兵”，為人類源源傳來(lái)太陽(yáng)風(fēng)暴即將吹拂地球警報(bào)。但在本次事件中，這位“哨兵”卻在高能粒子的侵襲下不幸'受傷'了。ACE衛(wèi)星的SWEPAM儀器在此次爆發(fā)期間，由于耀斑高能粒子對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的污染而無(wú)法正常產(chǎn)生太陽(yáng)風(fēng)等離子體觀測(cè)數(shù)據(jù)。

此外，日本的地球觀測(cè)衛(wèi)星ADEOS-2與因地面失去聯(lián)系而報(bào)廢，在火星附近工作的美國(guó)科學(xué)探測(cè)衛(wèi)星火星奧德賽號(hào)的MARIE儀器報(bào)廢。還有諸多衛(wèi)星采取關(guān)機(jī)或進(jìn)入安全模式等方式，暫停正常工作以規(guī)避惡劣空間天氣帶來(lái)的危險(xiǎn)。

磁層是地球抵御太陽(yáng)風(fēng)侵襲的“保護(hù)罩”，它的存在使太陽(yáng)風(fēng)無(wú)法直接吹拂靠近地面的區(qū)域?；鹦怯捎谌狈?nèi)稟磁場(chǎng)，沒(méi)有形成結(jié)構(gòu)明顯的磁層“保護(hù)罩”，其大氣層在太陽(yáng)風(fēng)的吹拂下不斷被剝離，因此火星的大氣相當(dāng)稀薄，其密度還不到地球大氣密度的百分之一。

在“卡靈頓事件”中，由于太陽(yáng)風(fēng)暴的速度和動(dòng)能非常大，使磁層這個(gè)“保護(hù)罩”向后節(jié)節(jié)敗退，被壓縮到了地球靜止軌道以內(nèi)。靜止軌道是轉(zhuǎn)播電視信號(hào)的通信衛(wèi)星及一些氣象衛(wèi)星所在的軌道，磁層的壓縮使這些衛(wèi)星直接暴露在了太陽(yáng)風(fēng)的吹拂之下，工作環(huán)境變得相當(dāng)危險(xiǎn)。

此外，這些氣象衛(wèi)星在正常工作時(shí)需要依靠與地球磁場(chǎng)的相互作用來(lái)調(diào)整衛(wèi)星的姿態(tài)。磁場(chǎng)環(huán)境的巨大變化使這種姿態(tài)維持功能不能繼續(xù)正常工作。

太陽(yáng)風(fēng)和地球磁場(chǎng)的相互作用會(huì)形成地球磁層，從而阻礙太陽(yáng)風(fēng)直接吹拂地球的大氣層。（圖片來(lái)源：NASA）

由于耀斑和地磁暴引發(fā)的電離層擾動(dòng)，GPS導(dǎo)航定位信號(hào)傳輸路徑上的電離層電子含量（TEC）會(huì)發(fā)生比較大的變化，對(duì)GPS信號(hào)的傳輸造成影響，進(jìn)而影響GPS系統(tǒng)的定位精度。

在“萬(wàn)圣節(jié)事件”期間，依賴于高精度GPS定位進(jìn)行的大地測(cè)繪、產(chǎn)權(quán)邊界分析、鉆井鉆探等應(yīng)用則不得不暫停了工作?；诟呔菺PS定位的軍事行動(dòng)也受到影響，高精度打擊武器無(wú)法正常使用。

往來(lái)于東亞（如北京、首爾、東京）和北美東海岸（如紐約、華盛頓）的航班，為了減少飛行距離，一般選擇飛躍北極上空的航線。在沒(méi)有陸地的北極地區(qū)，無(wú)法為空中交通管制常用的甚高頻（VHF）信號(hào)設(shè)置通信基站，因此一般采用能夠長(zhǎng)距離傳輸?shù)母哳l（HF）無(wú)線電進(jìn)行通信。耀斑爆發(fā)引起的地球附近X射線通量增加，會(huì)引起電離層狀態(tài)的擾動(dòng)，進(jìn)而影響HF無(wú)線電的傳播，引發(fā)極區(qū)航班的通信中斷。

越來(lái)越多的國(guó)際航班飛越地球北極以節(jié)省時(shí)間和燃料（圖片來(lái)源：science.nasa.gov）

由于北緯82度以上的地區(qū)也是民航衛(wèi)星通信系統(tǒng)的盲區(qū)，航空管制當(dāng)局在“萬(wàn)圣節(jié)事件”期間要求采用北極航線的航班改用緯度較低的飛行路徑以保證通信暢通，增加了航班飛行的時(shí)間和燃油消耗。

現(xiàn)代噴氣式客機(jī)的正常飛行高度一般在10000米左右，以達(dá)到最低的油耗水平。隨著飛行高度的增加，大氣層對(duì)太陽(yáng)高能粒子和銀河宇宙線輻射的阻擋作用越來(lái)越弱，機(jī)組人員和乘客在飛行中所受到的輻射劑量因此會(huì)隨著高度的增加而增加。在大部分時(shí)間里，普通乘客因?yàn)槌俗w機(jī)而額外受到的輻射劑量很低，不會(huì)對(duì)健康造成影響。但在強(qiáng)烈的耀斑和地磁暴期間，北極等高緯度地區(qū)高空輻射劑量顯著增加，為了保證機(jī)組人員和乘客的健康，航空管制當(dāng)局也要求飛行在磁北緯35度以上的航班巡航高度不得高于7620米（25000英尺），又增加了飛行油耗。

在1989年的大磁暴中引發(fā)魁北克停電的地磁感應(yīng)電流效應(yīng)，也沒(méi)有“缺席”本次太陽(yáng)風(fēng)暴過(guò)程。有了1989年大磁暴的前車之鑒，北美地區(qū)的電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)人員在收到預(yù)警后小心謹(jǐn)慎地采取了相當(dāng)多的措施予以應(yīng)對(duì)。

在電網(wǎng)中，雖然探測(cè)到了較強(qiáng)的地磁感應(yīng)電流，也有一些供電設(shè)備暫時(shí)失效，但由于應(yīng)對(duì)得當(dāng)，北美地區(qū)沒(méi)有出現(xiàn)大規(guī)模的停電現(xiàn)象。但在北歐的瑞典地區(qū)，一個(gè)核電在的大型變壓器因太陽(yáng)風(fēng)暴影響而過(guò)熱停運(yùn)，導(dǎo)致部分地區(qū)停電一小時(shí)。

“萬(wàn)圣節(jié)事件”給人類社會(huì)帶來(lái)的全方位影響，再次引發(fā)政策制定者、媒體和大眾對(duì)空間天氣的關(guān)注。在“萬(wàn)圣節(jié)事件”期間，美國(guó)空間環(huán)境中心人員總共接受了一百次以上的媒體采訪，其網(wǎng)頁(yè)的日訪問(wèn)量從平時(shí)的每天50萬(wàn)次一躍上升到每天1900萬(wàn)次。

就像我們可以用震級(jí)或風(fēng)級(jí)來(lái)描述地震和臺(tái)風(fēng)的危害程度一樣，太陽(yáng)風(fēng)暴的強(qiáng)烈程度可以用地磁場(chǎng)的Dst指數(shù)描述，Dst指數(shù)越?。ń^對(duì)值越大），則太陽(yáng)風(fēng)暴的危害程度就越強(qiáng)烈。1989年的強(qiáng)太陽(yáng)風(fēng)暴，Dst指數(shù)達(dá)到了?589 nT，2003年“萬(wàn)圣節(jié)事件”期間，Dst指數(shù)達(dá)到了-465nT。而根據(jù)近些年的研究，1859年的“卡靈頓事件”期間，Dst指數(shù)可能達(dá)到了-1750nT！

根據(jù)英國(guó)保險(xiǎn)業(yè)巨頭勞埃德（Lloyd）公司的空間天氣風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告估計(jì)，如果同樣規(guī)模的超強(qiáng)太陽(yáng)風(fēng)暴發(fā)生在今天，在現(xiàn)有技術(shù)條件下，僅電力設(shè)施被毀一項(xiàng)就可以給北美地區(qū)造成2.6萬(wàn)億美元的巨額損失。