如果有史以来最大的太阳风暴卡灵顿事件发生在今天会怎样？

往事随风760

日冕物质抛射从太阳向地球喷出的插图（图片来源：盖蒂图片社）

（）据美国生活科学网站（Charles Q.Choi）：1859年，英国天文学家理查德·卡灵顿在太阳表面看到了一道白光。这就是科学家们现在所说的卡灵顿事件，它是有记录以来最大的太阳风暴。它与非同寻常的极光——北极光和南光——有关，这些极光在两极和赤道附近的天空中随处可见，从加拿大到澳大利亚随处可见。巨大的太阳爆发也造成了从巴黎到波士顿的电力中断。

虽然卡灵顿事件看起来像是历史，但在人类更加依赖电力的情况下，如果像卡灵顿事件这样强大甚至比卡灵顿事件更强大的事件今天袭击地球，会发生什么，人们对此有很多担忧。

1859年卡灵顿事件

1859年9月2日星期四上午11点18分左右，在伦敦郊外的雷德希尔镇，卡灵顿正在调查太阳上的一组被称为太阳黑子的黑点，他发现了他后来所说的“持续约五分钟的奇异光爆发”

根据《空间研究进展》杂志2016年的一项研究，这是有史以来第一次看到和报道的太阳耀斑。

伦敦邱天文台的磁传感器在当年8月28日至9月7日期间，特别是在8月28和9月2日，探测到了地球上异常的磁扰动。2016年的研究指出，这与过去160年来可能最强烈的极光相吻合。

1859年9月6日，《伦敦时报》报道称：“明亮的波浪接连快速卷起，一直卷到顶峰，有些光芒足以在地面上投下可察觉的阴影。”。

1859年《西部周报》的一篇报道称，这些五颜六色的展品非常明亮，密苏里州的人们可以在午夜后通过大气中的光线阅读。据美国国家海洋和大气管理局（NOAA）称，当地时间凌晨1点，落基山脉的金矿工人醒来后，以为太阳是在多云的早晨升起的，于是就煮了咖啡、培根和鸡蛋。



以下是红色极光的样子。（图片来源：插图：Space.com；Aurora：Nora Carol/Getty）

北极光和南光通常出现在地球的两极附近。然而，2016年的研究指出，在卡灵顿事件期间，人们在热带地区目睹了极光，包括古巴、牙买加和巴拿马。

极光也出现在南半球。例如，根据《莫尔顿湾信使报》1859年9月7日的一篇报道，2016年的研究指出，在澳大利亚的莫尔顿湾，“我们的大多数读者上周看到了三个晚上，从日落后开始，用一种华丽的红色照亮了天空，那就是南方极光”。

与此同时，据《华盛顿星报》1859年报道，电报线路经历了“最令人震惊和奇异的电气现象之一”，当时“空气中的过量电力”使电报机能够在没有电池的情况下从纽约向匹兹堡发送信息。

1859年9月24日，《伦敦画报》（the Illustrated London News）的一篇报道称，巴黎的电报机冒出火花。据《纽约时报》（the New York Times）9月5日报道，华盛顿特区的电报员弗雷德里克·罗伊斯（Frederick Royce）报告称，他收到了“一次非常严重的电击，让我瞬间震惊”。“一位老人坐在我对面，离我几英尺远，他说他看到一团火从我的额头上跳了下来。”

根据2016年的研究，总而言之，卡灵顿事件影响了美国近一半的电报站。

卡灵顿事件的起因是什么？

据美国国家航空航天局称，太阳耀斑是太阳系中最大的爆炸事件，是与太阳黑子相关的等离子体和辐射的强烈爆发。苏格兰格拉斯哥大学的太阳物理学家休·哈德森在2021年发表在《天文学和天体物理学年度评论》杂志上的一项研究中写道，当我们恒星上积累的磁能突然释放时，太阳就会释放太阳耀斑。

太阳耀斑通常伴随着太阳物质的巨大气泡的释放，称为日冕物质抛射（CME）。美国国家航空航天局指出，这些喷发可能含有数十亿吨的等离子体——带电粒子云——可以以每小时数百万英里的速度喷出。

哈德逊2021年的研究估计，卡灵顿耀斑的辐射可能携带约4 X 10^32 ergs的能量，约相当于100亿枚100万吨核弹。他还估计，该事件的日冕物质抛射可能携带约3 X 10^32 ergs的动能。

哈德森在他的研究中指出，卡灵顿事件在地球上引发了地磁风暴。

这次爆炸很可能喷出了一股日冕物质抛射，以高速的超高温等离子体云的阵风摧毁了我们的星球，等离子体云中嵌入了强烈的磁场。当这种爆发冲击到地球的磁层（地球周围的一个外壳，容纳着被地球磁场捕获的等离子体）时，这种等离子体可以沿着地球的磁力线流动，并冲击到地球大气层中的分子中，从而产生极光。



1991年5月，发现号航天飞机（STS-39）在最后一次地磁最大值的峰值拍摄的这张澳大利亚极光照片中，红色和绿色占主导地位。在太阳活动高峰期，会有更多的地磁暴，这会增加地球上和宇航员从轨道上观察到的极光活动。（图片来源：美国国家航空航天局）

据美国国家海洋和大气管理局称，太阳耀斑也会在磁层引发强烈的电流。这些电流反过来可能会在地球上的地面上产生磁干扰，从而在长距离的导电材料中产生电流，如电力线、电信电缆和管道。

地磁风暴有可能对地球造成严重破坏。据美国国家航空航天局称，1989年，一场地磁风暴在90秒内使整个加拿大魁北克省停电，600万客户在黑暗中度过了9个小时。它还损坏了远在新泽西州的变压器，包括一座核电站的变压器，并几乎摧毁了从东海岸到太平洋西北部的美国电网。

美国国家海洋和大气管理局指出，地磁风暴还可以通过改变无线电信号的路径来扭曲大气层，从而扰乱无线电通信和全球定位系统导航。例如，根据美国国土安全部2011年的一项研究，2003年的万圣节风暴使美国联邦航空管理局在大约30个小时内无法提供GPS导航指导。

NOAA表示，太阳等离子体还可以加热地球的上层大气，使其膨胀，并可能拖累近地轨道上的卫星。

今天卡灵顿的活动会做什么？

与卡灵顿事件发生时相比，世界对电力的依赖程度要高得多。如果一个指向地球的类似强大的太阳耀斑——而不是远离我们的星球，在那里它不会对我们的世界产生任何直接后果——现在爆炸，它可能会造成前所未有的破坏。

例如，英国保险巨头伦敦劳埃德保险公司2013年的一项研究估计，仅卡灵顿级别的事件导致的停电就可能导致北美电力行业高达2.6万亿美元的收入损失。该研究还发现，可能会发生长达数年的全球停电，因为这样的事件可能会同时损坏多个难以更换的超高压变压器。这反过来可能会对金融市场、银行、电信、商业交易、急救和医院服务、供水、燃料和食品运输造成重大干扰。

同样，《太空天气》杂志2017年的一项研究发现，在影响66%美国人口的最极端停电情况下，每天的国内经济损失可能总计415亿美元，再加上国际供应链中断造成的70亿美元额外损失。相比之下，如果它只影响到占美国人口8%的极北部各州，每天的经济损失可能达到62亿美元，再加上8亿美元的国际供应链损失。（该研究使用2011年的美元计算。）

然而，尽管卡灵顿事件很有影响力，“从那时起，我们就看到了类似的事件，”哈德森在一封电子邮件中告诉《现场科学》。例如，2003年的两次所谓万圣节太阳耀斑可能各自发射的辐射能量与卡灵顿事件相当。



今天的卡灵顿级别的赛事可能会导致全球停电，这种情况可能会持续数年。（图片来源：Imgorthand通过盖蒂图片社）

因此，哈德森认为，像卡灵顿事件这样的太阳耀斑可能不会像一些人担心的那样对人类构成巨大威胁。尽管如此，今天针对地球的卡灵顿事件“将产生重大影响，主要是对人类在太空中的活动。”哈德森说：“我们对此类事件没有太多实践，因为太空资产还没有暴露在如此规模的事件中。”事实上，阿波罗宇航员在太阳活动中进行了月球旅行——“规模较小，但对太空中未受保护的人类来说仍然非常危险，”哈德森指出。

此外，有证据表明，太阳可能有能力释放出比卡灵顿事件10倍或更多的能量。例如，在《天体物理杂志》2021年的一项研究中，科学家们使用美国国家航空航天局现已退役的开普勒太空望远镜发现，在四年的时间里，15颗类太阳恒星释放了26颗超级巨星，其冲击力是卡灵顿事件的100倍。《天体物理杂志》2020年的一项研究在美国国家航空航天局正在进行的TESS任务的第一年发现了类似的结果。

此外，分析树木年轮的科学家从太阳爆炸中发现了放射性碳-14原子的证据，这些原子核中的中子比普通碳原子多两个。哈德森说，公元前660年、公元774年和公元994年出现的碳-14峰值可能来自比卡灵顿事件强得多的超级巨星。

哈德森在电子邮件中说：“值得注意的是，即使是卡灵顿事件，或者相当大的正常事件，也无法通过碳-14技术检测到。”。“所以这些古老的记录是不祥的。”

下一场卡灵顿事件什么时候发生？

2024年2月29日发表在《太空天气》杂志上的一项研究通过查看1859年磁场记录的数字化副本来估计卡灵顿事件的强度。根据读数，研究人员得出结论，卡灵顿级事件可能每100至1000年发生一次。然而，在不知道这一事件的确切威力的情况下，科学家们只能对此类太阳爆发的常见程度进行有根据的猜测。

《2021天体物理杂志》分析开普勒数据的研究表明，大约每3000年可能发生一次能量比卡灵顿事件高10倍的超级巨星，大约每6000年可能发生100倍的超级新星。哈德森说，尽管如此，我们的太阳，特别是释放类似卡灵顿或更强大的耀斑的速度“还不太清楚”。

他指出，当谈到可以释放树木年轮中碳-14原子主要峰值的太阳爆炸时，科学家们现在知道至少有六个“散布在全新世，一万年的时间尺度上”。然而，“我们不知道这些与卡灵顿等正常的太阳喷发事件有何联系，在我们了解之前，恐怕所有的赌注都会落空。”