“全城停电，网络崩溃”，下一次全球危机或来自太阳

据华盛顿邮报5月7日报道 在末日和灾难电影中常见的场景——全城断电、收音机失灵、互联网崩溃——这些情景在现实中会发生吗？事实证明，全球基础设施面临的最大威胁之一来自太阳。


华盛顿邮报新闻截图

当我们谈论天气时，我们通常指的是降雪、大风或者只是小雨。但太空也有天气，这种天气包括风暴。太阳是太阳系中最暴躁的地方，它是一个巨大的等离子体球，自转不稳定。太阳的磁场线不断移动。

大多数情况下，这种变化会产生规律的不规则性，只有在地球上才能看到极光等形式。但有时，这个磁场的纠缠线会向外突然扩展并爆炸，释放出巨大的能量到太空中。

这些爆炸可以产生所谓的太阳耀斑，这是一种辐射喷发，可以干扰全球阳光充足的一侧的高频无线电信号和卫星。大约一半的情况下，这些耀斑伴随着“日冕物质抛射”。耀斑基本上是光，但日冕物质抛射则是，如太阳物理学家Ryan French所解释的，真实的“实物”：巨大的带电粒子云，可以以每秒数千公里的速度移动，当它们接近地球时会膨胀。通过引发过多的电流在地面上流动，它们可以对电网造成灾难性的破坏，甚至可能对海底互联网电缆造成破坏，这些电缆可能断裂。

太阳风暴在9300万英里之外产生影响并不是理论上的。它已经发生过，有时是微妙的，有时是巨大的。太阳耀斑经常发生，但一般不会有足够的力量对地球产生有害影响。科学家们可以确定，在过去的150年里，有三次风暴的强度足以造成真正的破坏：一次发生在1859年，一次发生在1872年，还有一次发生在1921年。其中第一次被广泛称为“卡林顿事件”，它让全世界的电报机都瘫痪了。有的电报机冒出火花；有的电报机停止工作；有的电报机在没有人类提示的情况下发出奇怪的信息。

如今，我们需要担心的事情更多了。如果太阳风暴足够严重，现代世界依赖的几乎所有东西都可能失灵。大型太阳耀斑和集合放射粒子等现象在“太阳极大期 ”最为常见，大约每11年发生一次，下一次发生在2025年左右。研究人员估计，足以造成真正破坏的风暴每一百年左右才会发生一次。

最重要的是要知道，没有必要恐慌。但确实需要做好准备。

关于太阳耀斑最可怕的事情是人们需要对其作出反应的短暂时间窗口——光速从太阳大气层到达地球大约需要八分钟左右。最严重的“X级”耀斑可以释放出相当于100亿兆吨TNT的能量，这可以干扰我们的电离层，并破坏任何依赖从太空发射信号的过程。

以下是太阳风暴的威力与地球上的大型现象相比较的情况：

收音机可能完全失效，不仅无法收听当地的NPR电台，也无法与飞机和船只进行通信。GPS系统可能变得不准确——对于依赖位置数据完全准确的军事行动或石油和天然气钻井平台来说，这并不是小事。其他依赖类似精确时间数据的行业，从金融到媒体，也可能遇到麻烦。

所有这些都是暂时的。但更接近我们的地球的卫星在足够严重的风暴中也可能遭受更持久的影响。它们可能因辐射增加其周围大气的密度而偏离其典型位置。这可能导致轨道上的碰撞，或者导致卫星坠落到地球上。这就是发生在2022 年，埃隆·马斯克（Elon Musk）的“星链”（Starlink）舰队的49颗新卫星中就有38颗遭遇了这种情况，而造成这种情况的风暴被认为是相当温和的。

相比之下，日冕物质抛射的反应时间更长：至少半天，有时甚至多天。人类可以看到它们的到来，但当它们到达时，它们可以造成地面上的破坏——就像1989年袭击这个行星的那次日冕物质抛射，导致整个魁北克电网瘫痪，600万人的电力停电长达九个小时，干扰了北美电网的其他部分，并在欧洲造成了损坏。

风险最高的不是从附近变电站到你家、学校或办公室的本地电流，而是从大型中央发电设施到这些变电站的电力。这意味着很多人可能同时遭遇停电。而且，由于美国基本上分为三个电网，如果其中一个电网的大部分被烧毁，另一个正常运行的电网将很难弥补。不，人类不会像夸张论者警告的那样“被送回石器时代”。我们智能手机中的芯片，甚至我们的烤面包机都不会有问题。但是，墙壁上的插座可能会瘫痪。所以，祝你好运，给耳机充电吧。

集合放射粒子（CME）对卫星的威胁也不同于单纯的太阳耀斑。卫星可能会受到粒子的物理破坏，包括直接撞击关键硬件的超强“杀手电子”，或者导致整台机器瘫痪。最后一个令人担忧的问题是让互联网畅行全球的海底电缆。至少在某种程度上，CME可能会导致一些海底电缆断裂，使人们无法访问在全球范围内存储数据的网站。

美国国家科学院的一份报告估计，一场真正灾难性的太阳风暴仅在第一年的损失就可能高达2万亿美元。人们不仅需要更换烧毁的变压器和其他设备，而且可能持续数月的停电每小时都会造成巨大损失，使经济和日常生活陷入停顿。

灾难性的太阳风暴是一种“低频率、高后果”的事件。这意味着它是紧迫的，但非常罕见。这种现象对于机构来说比地球更经常遭受的小型灾难容易忽视。令人欣慰的是，政府正在关注这个问题。

科学家无法预测太阳耀斑，至少现在还不能。他们最好的办法是根据太阳表面出现的预兆斑点建立概率模型。科学家们正在努力研究人工智能模型，希望有一天能改进这种猜测。但科学家可以观测耀斑，注意日冕物质抛射。美国地质调查局拥有监测地球磁场的观测站。最近，地质调查局与美国国家海洋和大气管理局合作，向公用事业公司提供实时地图，以便他们在风暴期间做出明智的决定，在必要时调整或切断电力供应。国家海洋和大气管理局和美国国家航空航天局（NASA）还在距离地球100万英里的地方运行卫星监测太阳，国家海洋和大气管理局的深空气候观测站可以在可能影响电网的集合放射粒子到达前一小时向当局发出警报。然后，人们就可以采取行动了。

这意味着人们还必须知道该做些什么。可以提前采取一些措施来保护电网免受任何潜在的冲击——简单的如用更新、更坚固的变压器替换老旧的变压器，复杂的如在关键设备周围放置一种叫做法拉第笼的力场。但这样做成本高昂：据弹性社会基金会（Foundation for Resilient Societies）估计，确保整个美国电网的安全每年将花费 255亿美元。官员们还需要制定计划，以便在电网被烧毁的情况下采取相应措施。例如，多个联邦机构正在考虑建立便携式变压器战略储备，以便在紧急情况下随时随地进行部署。

鉴于海底互联网电缆和卫星网络的全球性质，应该对这些网络进行同样程度的规划，并有可能与国际伙伴合作。美国似乎很重视这项工作，甚至制定了《国家空间天气战略》。白宫应确保这些努力不再停留在纸面上，而是付诸实践，国会也应提供资金。加强关键基础设施也有助于应对其他类型的灾害。

太阳风暴听起来很可怕，也确实如此。各国政府应该像应对大流行病一样做好应对太阳风暴的准备：首先要做好预防灾害的准备，同时还要建设在灾害发生时迅速做出反应的能力。

与此同时，其他人也不需要囤积物资或建造后院掩体。事实上，如果躲在地下，人们会错过很多机会。令人惊叹的极光可能会出现在意想不到的地方，低纬度地区会出现天蓝色、绿色和紫色的极光。如果准备充分，真正最坏的情况可能是在一个多云的夜晚遭遇一场强风暴。