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      磁暴帶著太陽“怒氣”騷擾人類

      2018-04-23 07:52:46劉勇
      環(huán)球人物 2018年6期
      關(guān)鍵詞:磁暴怒氣高能

      劉勇

      最近,一條有關(guān)磁暴的新聞進(jìn)入公眾視野。俄羅斯緊急情況部預(yù)測2018年地球至少將遭遇20至35次磁暴,提醒人們做好應(yīng)對準(zhǔn)備。不過,大多數(shù)人并不知道什么是磁暴,更別提應(yīng)對了。

      要知道,地球的磁場是地球空間的“保護(hù)罩”,保護(hù)著地球上的各種生命。這個“保護(hù)罩”有一定彈性,當(dāng)來自太陽的高速粒子流吹到地球空間時,它會發(fā)生形狀變化,引起地球附近磁場的擾動,這就是我們通常說的磁暴。

      磁暴有哪些破壞力?它如何影響我們的生活?

      要搞清楚這兩個問題,我們先得談一談衛(wèi)星。今天的社會,衛(wèi)星的應(yīng)用深入到生活的每個環(huán)節(jié)。電視信號通過衛(wèi)星傳遞,風(fēng)云衛(wèi)星提供氣象信息,GPS和北斗衛(wèi)星為我們定位,連購物使用信用卡的信息也能通過衛(wèi)星傳遞。而和磁暴相伴相隨的高能粒子,卻是衛(wèi)星設(shè)備的“敵人”。

      高能粒子以接近光速運動,它有兩種“手段”破壞衛(wèi)星:一種情況下,高能粒子使衛(wèi)星內(nèi)部產(chǎn)生充電,當(dāng)充電超過一定的電壓,衛(wèi)星設(shè)備會被擊穿而損壞;另一種情況下,這些高能粒子闖入芯片內(nèi)部,改變存儲單元的狀態(tài),產(chǎn)生錯誤代碼和指令,影響儀器正常工作,嚴(yán)重時導(dǎo)致儀器損壞。

      1998年5月的美國就被這些高能粒子“秒殺”了上億美元。當(dāng)時,強磁暴導(dǎo)致通信衛(wèi)星銀河四號和地面失去聯(lián)系,使得股票交易幾乎完全中斷,股民恐慌情緒瞬間蔓延,直接經(jīng)濟損失數(shù)以億計。

      而磁暴給人們生活帶來的影響大概讓加拿大魁北克人記憶猶新。1989年3月13日,魁北克省大面積停電,900多萬人在春寒料峭的夜晚凍得瑟瑟發(fā)抖。更讓人不堪忍受的是,這次停電長達(dá)幾個月。其罪魁禍?zhǔn)?,就是磁暴引起的感?yīng)電場。感應(yīng)電場在輸電線的兩端加上了一個額外的電壓,多臺變壓器因過載而燒毀,制造、安裝新變壓器花費了幾個月。

      現(xiàn)在,磁暴以更普遍的方式侵襲我們的生活,比如通信和導(dǎo)航。大磁暴通常會引起地球上空電離層的擾動。電離層是地球大氣50公里以上到1000公里的區(qū)域,這是衛(wèi)星通信和導(dǎo)航信號的必經(jīng)之路。發(fā)生磁暴時,電離層被擾動,成了一塊變幻不定的“毛玻璃”,通信信號的衰減因此變得時大時小,影響衛(wèi)星通信效果;導(dǎo)航信號通過電離層的時間也因此延長,如果不能準(zhǔn)確消除額外增加的時間,定位就會失準(zhǔn)。

      讓人們難以應(yīng)對的是,磁暴的預(yù)測并不容易。

      磁暴的根本原因是來自太陽的擾動,直接原因卻是圍繞地球的環(huán)電流增強。環(huán)電流由地球上數(shù)萬公里高空的高能粒子運動形成,強磁暴發(fā)生時,構(gòu)成環(huán)電流的主要成分是來自下方電離層的氧離子。這些離子如何從幾百公里的電離層爬到數(shù)萬公里的高空始終是個謎。

      由北京大學(xué)和中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心聯(lián)合提出的磁層—電離層—熱層耦合小衛(wèi)星星座計劃,正在探索導(dǎo)致這些離子上行的物理過程。興許在不遠(yuǎn)的將來,科學(xué)家能更深刻地認(rèn)知磁暴,更準(zhǔn)確地預(yù)報磁暴的發(fā)生,更大限度地減少磁暴帶來的危害。

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