如果“卡林顿事件”超级太阳风暴发生在今天,我们是否会迎来世界末日?
如果“卡林顿事件”超级太阳风暴发生在今天 , 我们是否会迎来世界末日?
“卡林顿”事件指的是发生于1859年9月的一场超级太阳风暴 , 来自于太阳日冕层的大量高能粒子流强烈冲击到地球的磁场 。当时正好处于第一次工业革命的迅速发展时期 , 以“珍妮机”、“蒸汽机”等众多工业机器的发明和应用为主要标志 , 人类社会文明发展程度和速度超过了历史上任何一个时期 。当时无线通讯技术刚刚起步 , 比如电报系统的应用已经较为普遍 , 这场太阳风暴对全球电报系统造成了严重的危害 , 许多电报发射机器和信号发射塔据说都冒出了火花 , 以前仅在地球两极区域出现的极光现象 , 一直蔓延到纬度20多度的低纬地区 , 这种现象在历史记载中从未出现过 。由于此次事件是由英国天文爱好者卡林顿首先发现的 , 因此人们将此次事件命名为“卡林顿”事件 。
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后来 , 科学家们通过研究发现 , 这种现象的产生归结于太阳表面的剧烈活动 , 也就是太阳耀斑的爆发 , 由于当时工业技术发展水平的限制 , 如今大量现代化的电气设备还没有发明出来并加以应用 , 再加上观测技术的不成熟 , 人们对这场太阳风暴危害实际所达到的程度并没有太明显的认知 。那么假如这样的事件发生在当代 , 那么对地球会产生什么样的影响呢?
首先我们来看一下太阳风暴是如何产生的 。太阳风暴实际上是由太阳向外释放的大量带电高能粒子流所组成 , 由于其具有很高的运动速度 , 就像地球上形成的风暴一样因而得名 , 只不过组成“风暴”的物质 , 地球上是空气分子 , 而从太阳上释放出来的主要是质子和电子 , 同时携带着伽马射线、X射线、紫外线等高能射线 。
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从太阳的结构来看 , 主要可以分为两大部分 , 一个是内部结构 , 另一个是外部结构 , 其中内部结构包含内核区、辐射区和对流区 , 这三个区共同构成了太阳的光球层 。其中内核区是发生核聚变的场所 , 通过质子-质子的链式反应将氢聚变为氦 , 同时释放相应的能量 , 这里是太阳向外释放光和热的源泉 , 能量从内核区产生之后 , 通过辐射区和对流区逐级地向外释放 , 在核聚变过程中产生的伽马光子携带的能量 , 在内部辐射区和对流区中重复进行着被等离子体吸收和重新激发释放的过程 , 当经过漫长的几万年甚至几十万的时间才到达太阳表面 , 从而以不同能级的射线方式释放到宇宙空间中 , 组合成了包含伽马射线、X射线、紫外线、可见光、红外线以及无线电波等共同组成的电磁波 。
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对于外部结构来说 , 包括色球层和日冕层 , 其中色球层是由等离子体所构成的强磁场区域 , 不过磁场的分布具有不均衡性和不稳定性 , 而较强磁场的区域会在一定程度上阻碍内部能量向外的传输 , 从而发生能量蓄积 , 在这些区域内形成温度高于周围的耀斑 。日冕层是太阳外层的大气层 , 主要组成物质是自由质子和电子 , 当色球层中某些区域耀斑的能量积累到一定程度之后 , 就会使周围形成许多长条形或者不甚规则的暗黑区域 , 科学界称之为冕洞 , 这里的磁场环境属于开放型 , 日冕层中的自由质子和电子这些等离子体 , 就会沿着这些向宇宙空间中延伸的磁力线发生剧烈运动 , 从而有较大几率突破太阳引力的束缚 , 形成高速的粒子流向外释放 , 于是太阳风暴就这样形成了 。
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从历史监测数据来看 , 太阳风暴的形成具有一定的周期性规律 , 一般25年左右就会迎来一次高发期 。比如 , 从1868年以来 , 波级全球的超级风暴共发生了大约42次 , 其中有6次对地球的冲击非常严重 。如果从太阳风暴的强度来看 , 每25年左右的周期上实际都差不多 , 之所以对地球的影响程度不一样 , 主要原因在于太阳风暴产生的高能粒子流运动具有一定的方向性 , 如果地球正好处于其行进的主要方向上 , 那么对地球的磁场影响将是非常明显的 。就像之前提到的卡林顿事件 , 以及1921年和2003年出现的超级风暴就都属于这种情况 。
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幸运的是 , 地球拥有着一个相对稳定和适宜的磁场环境 , 当太阳风暴到达地球时 , 地球磁场会使高能粒子在洛仑兹力的作用下发生偏转 , 从而很大程度上阻挡了这些高能粒子直接轰击地球表面 , 在这种保护作用下 , 太阳风暴中的粒子一部分被反弹回宇宙空间 , 一部分发生偏折绕过地球 , 只有一小部分沿着地磁线的方向被引导至地球两极的上空 。
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不过 , 当超级太阳风暴到达地球时 , 无论是带电粒子的密度 , 还是所携带能量的强度 , 抑或是持续的时间都要比平常猛烈得多 , 对地球磁场的影响程度也要明显加大 , 因此 , 对于在地球大气层中上部工作各类卫星、高纬度的电网、地球通讯和导航系统、各类电子产品的正常稳定运行等都将产生重要影响 , 严重时(比如卡林顿事件那样的超级太阳风暴直达地球)会使各类电器、通讯和导航仪器设备失灵甚至报废 , 人类百年来电气化工业和太空事业的发展将遭受重创 , 一夜回到“解放前” , 但还远远未达到使地球进入“世界末日”的程度 。
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对于这种超级太阳风暴 , 我们目前能够做到的 , 仅仅是从加强空间天气预报体系建设方面着手 , 实施有效的提前监测和预报 , 根本不具备从地球磁场外部加以阻拦的源头控制能力 , 也就是说只能够采取一些关闭电器的电源、暂停卫星工作、减少电力输送负荷等被动措施为主 。
其他网友观点如果“卡林顿事件”超级太阳风暴发生在今天 , 我们是否会迎来世界末日?
有不少人都觉得太阳是一个通体燃烧的大火球 , 但实际情况却不是这样的 , 其实太阳并没有燃烧 , 它的光和热全部都是来自于其核心区域的核聚变反应 , 我们可以简单地理解为 , 能量源源不断地在太阳内部产生并传递到太阳上的其他区域 , 于是整个太阳就变得像一个大火球一样 。
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但这种能量的传递在某些情况下会遇到一些阻碍 , 比如说在太阳表面的等离子物质有时候会在局部区域形成很强的磁场 , 这就会阻止太阳内部能量的顺利传递 , 于是能量就会在这里蓄积 , 当达到一个临界值时 , 能量就会汹涌而出 , 从而引发太阳表面局部区域的温度和亮度在短时间内大幅提升 , 同时还伴随着大量的电磁辐射和高速带电粒子流 , 看上去就像是太阳打了个“喷嚏”一样 , 通常我们把这种现象称为“太阳耀斑” 。
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因为太阳经常打这样的“喷嚏” , 而地球离太阳又比较近 , 所以理论上来讲地球有较大的几率受到波及 , 事实上也的确是这样 , 而这其中最令人印象深刻的就是著名的“卡林顿事件”了 。“卡林顿事件”是怎么回事呢?简单地讲就是 , 在1859年 , 太阳突然打了一个巨大的“喷嚏” , 倒霉的地球被“喷了一脸” 。
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最先注意到此次太阳耀斑的是一位名叫理查德.克里斯多福.卡林顿(Richard Christopher Carrington)的业余天文学家 , 虽然他只是个业余的 , 但是他很富有 , 所以他可以在自家后院利用昂贵的天文望远镜悠闲地观测自己所喜爱的天体——太阳 。在1859年9月1日的早晨 , 卡林顿忽然发现在太阳的北侧出现了两道极其耀眼的光线 , 并持续了大概1分钟 , 随后他将自己的发现报告给了英国皇家天文学会 。
【如果“卡林顿事件”超级太阳风暴发生在今天,我们是否会迎来世界末日?】从时间线上来看 , 在几分钟之后 , 英国格林尼治天文台就探测到地球的磁场发生了剧烈地变化 , 大约18小时之后 , 地磁的强度已经超出了当时地磁仪的最高测量范围 , 强烈的地磁风暴导致了地球上的电报系统几乎全部失灵 , 根据相关人员的描述 , 当时的电报机和电报塔架都在闪火花 , 其中的一些还燃起了大火 。
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与此同时 , 地球还产生了前所未有的极光 , 绚丽的极光从北极开始一路向南延伸 , 以至于在夏威夷和古巴的人们都可以清楚地看到 。后续的研究表明 , 造成这一切的“罪魁祸首”就是一个巨大的太阳耀斑 , 这也是人类有记载以来最大的一个太阳耀斑 , 在此次事件中 , 太阳就像是突然打了一个巨大的“喷嚏” , 而倒霉的地球被“喷了一脸” 。由于是卡林顿首先发现太阳出现异常 , 人们便将此次事件称为“卡林顿事件” 。
需要注意的是 , 地球并不是只被喷了这一次 , 比如说在1989年和2003年地球就遭遇过两次规模较大的类似事件 , 因此我们不得不面对一个问题:如果“卡林顿事件”这种事发生在现代地球会怎么样?
我们已经知道了 , 太阳的这种“喷嚏”的本质就是电磁辐射加上带电粒子流 , 因此它会对地球上的电子设备以及电力设施造成巨大的伤害 , 而在“卡林顿事件”发生的时代 , 人类的这类设施其实是很少的 , 可以说当时的人类在这方面拿得出手的东西可能就只有电报系统了 。
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但在现代地球上 , 电子设备以及电力设施已经深入到人类生活的方方面面 , 可以想象的是 , 如果“卡林顿事件”这种事发生在现代地球 , 那么就不会像1859年那样简单了 , 下面我们来简单描述一下 。
在太阳耀斑爆发以后 , 首先抵达地球的就是太阳的电磁辐射 , 其中的X射线和紫外线会使地球高大气中的电子浓度迅速升高 , 导致人类的无线电通讯无法正常运行 , 几分钟后 , 带电粒子的“先头部队”就会开始轰击地球的磁层 , 人类的卫星很可能会在这波“攻击”中遭到破坏 , 同时被破坏的还有已经比较脆弱的电离层 , 此时人类的无线电通讯系统将出现大面积故障 。
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在10多个小时之后 , 带电粒子的“主力”正式登场 , 它们会在地球上引发一场强大的地磁风暴 , 在其“攻击范围”内 , 所有的电子设备以及电力设施都会受到重创 , 这就意味着人类将瞬间回到原始时代 。根据估算 , 如果现代地球发生一次“卡林顿事件” , 那么人类将会承受至少2万亿美元的直接损失 , 更重要的是 , 这种事在地球上造成的破坏 , 人类需要4至10年的时间才能将其完全恢复 。
由此可见 , 尽管太阳打的这种“喷嚏”对我们的威胁还是蛮大的 , 但还远远没有达到世界末日的程度 。
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那么有没有什么办法可以避免呢?很遗憾 , 以我们现在的科技水平 , 并不能给地球构建一个能量防护罩 , 我们只能做到提前3天进行预警 , 也就是说 , 在太阳的“喷嚏”来袭之前 , 我们有一定的时间来做准备 , 比如说关闭电子设备、将卫星切换到安全模式、断开电力系统的连接等等 , 这样就可以将损失尽可能地减小 。
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