守住你的卫星：太阳即将变得更加暴风雨

2 月 17 日星期五，太阳的一部分爆发了。一道刺眼的明亮闪光——太阳耀斑——从我们恒星的左翼短暂地闪现，美国宇航局的太阳动力学观测站航天器在紫外线图像中捕捉到了它。

“无论如何，这都不是历史上规模最大的一次，但却是一次重大的 X 级耀斑，”太阳物理学家、科罗拉多大学博尔德分校空间天气技术、研究和教育中心主任托马斯·伯杰 (Thomas Berger) 表示。（“X” 指的是太阳耀斑强度的字母分级系统，范围从轻微的 A 级到严重的 X 级耀斑。“这种规模的太阳耀斑通常会对地球阳光照射的一侧造成一两个小时的无线电干扰，”他说。最终，这次耀斑相当温和——相比之下，2003 年记录的最强太阳耀斑的强度是这次耀斑的 100 多倍——并没有造成任何重大问题。

尽管如此，我们即将进入太阳 11 年磁活动周期中更加动荡的篇章。伯杰表示，太阳耀斑是太阳喷发活动的三大形式之一，另外两种形式是日冕物质抛射和辐射风暴，未来几年，这两种活动的频率可能会增加。

“我们正处于第 25 个太阳活动周期的上升阶段，预计活动将会增加，”他说。（之所以称为第 25 个太阳活动周期，是因为科学家在 1755 年首次开始详细记录太阳黑子的活动，自那时以来，已经经历了 25 个周期。）这个时期的顶峰被称为太阳活动极大期，应该发生在 2025 年左右。上一次太阳活动极大期是在 2014 年。

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活动增加可能会对计划中的太空活动产生重大影响，例如快速发展的低地球轨道卫星群。2025 年的太阳活动高峰将与 NASA 的 Artemis III 计划同时发生，后者旨在让人类重返月球表面——在太阳辐射风暴期间，月球并不是最安全的地方。

伯杰说：“如果我们在这个太阳活动周期遭遇极端风暴，那将是一个非常有趣的时期。”

什么是太阳磁周期？

太阳是一个巨大的球体，由翻滚的过热等离子体组成，其本质是带电气体，具有极其强大的磁场。

由于天文学家尚不了解的原因，这些磁场的活动在 11 年的周期内会增强和减弱。这个周期还包括恒星表面暗区（也称为太阳黑子）的变化，随着太阳向太阳活动极大期移动，会出现更多的黑子。

“太阳黑子是太阳磁爆发的源头，”伯杰说。“太阳黑子越大，爆发就越剧烈。太阳越活跃，太阳黑子就越多，太阳黑子也就越大。”

当前的太阳周期到目前为止有一个很大的特点：到目前为止，它的活跃程度比美国国家海洋和大气管理局的空间天气预报中心等机构预测的要高，太阳上出现的太阳黑子比预测的要多。

“我们不知道它是否会继续比预测的更加活跃，”伯杰说。“现在还处于早期阶段，任何一个月都可能回到那个疲软的预测。”

2025 年太阳爆发会破坏地球吗？

伯杰表示，当太阳黑子中的磁场线扭曲并断裂时，就会发生太阳喷发，从而引发爆炸，可能出现三种结果。

第一种是太阳耀斑，就像 2 月 17 日看到的一样，主要是光子的释放。第二种是日冕物质抛射，即向行星际空间大量释放等离子体。第三种是由加速的能量粒子（如质子、电子和离子）推动的辐射风暴。日冕物质抛射有时也会通过在太空中加速时将带电粒子推到前面来产生辐射风暴。

如果太阳耀斑足够强烈，就会对地球向阳面造成无线电干扰。日冕物质抛射才是真正造成问题的爆发。伯杰说，带电等离子体撞击地球磁层时会产生地磁风暴，导致两极出现令人惊叹的极光，同时也会破坏电网技术和卫星技术。一场大规模的地磁风暴会使大气升温膨胀，拖拽低空飞行的卫星，甚至将一些卫星从轨道上拉下来，就像 2022 年 2 月 4 日新发射的 40 颗 Starlink 卫星注定失败的情况一样。

然而，并不是每一次日冕物质抛射都会到达地球。许多日冕物质抛射，比如 2 月 17 日爆发时抛射的物质，都飞向远离地球的太空。问题是，随着我们飞向太阳活动高峰期，是否还会有更多物质朝着我们飞来。

“最近的研究开始证实，几乎每个太阳周期都会有一次非常非常大的喷发，”伯杰说，“所以这实际上只是一个它在太空中运动方向的问题。”

我们该如何应对太阳难以控制的未来？

真正强大的太阳爆发可能导致地磁风暴，从而损坏地面上的电子设备，例如 1989 年的那场风暴就摧毁了一些电网。但如今的风险比 1989 年更高，因为现在太空中定期出现的技术和人员要多得多。例如，到 2022 年底，轨道上的卫星数量超过 5,700 颗，而 1989 年只有不到 500 颗。

“如果我们现在真的遭遇极端地磁风暴，那里将有太多东西四处移动，”伯杰说。“我们担心下一次地磁风暴会加大碰撞风险。”

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随着 NASA 计划重返月球并最终登陆火星，科学家们将需要更准确地预测太阳喷发。像 Berger 这样的物理学家和太空天气预报中心的研究人员目前可以预测太阳喷发，但气象学家认为，与 10 天的阳光和降雨预报相比，其准确性和细节相当糟糕。

“我们可以告诉你日冕物质抛射何时发生，大概在正负 10 小时之内，”伯杰解释道，“但我们没有很好的方法来预测低地球轨道环境中会发生什么。”换句话说，很难说地磁风暴会对卫星的运行和轨迹以及地面上的常规电力运行产生多大的影响。

预测准确性的症结在于，尽管 NOAA 一直在模拟地球上层大气，但该模型还无法像陆地天气预报模型那样吸收实时数据。“这是一项需要几年才能取得成果的研究计划，”Berger 说道。

与此同时，太阳将继续向 2025 年的太阳活动高峰期攀升。但即使达到峰值，就太阳风暴而言，也并不意味着卫星和宇航员已经脱离险境。“实际上，从现在到 2028 年或 2029 年之间的任何时候，地球都有可能开始遭遇大规模喷发，”伯杰说。这可能不会影响日常生活，但 NASA 和卫星运营商需要密切关注太阳。