太阳风暴

自然现象

太阳风暴，为自然现象，是指太阳上的剧烈爆发活动及其在日地空间引发的一系列强烈扰动。太阳爆发活动是太阳大气中发生的持续时间短暂、规模巨大的能量释放现象，主要通过增强的电磁辐射、高能带电粒子流和等离子体云等三种形式释放。太阳爆发活动喷射的物质和能量到达近地空间后，可引起地球磁层、电离层、中高层大气等地球空间环境强烈扰动，从而影响人类活动。

风暴由来

太阳爆发活动是太阳风暴的起源，它常常表现为两种现象，一种是人类很早就观测到的耀斑，一种是太阳爆发活动引起的各类地球空间环境扰动。

耀斑

耀斑是太阳电磁辐射突然增强的一种表现，在太阳观测图片上，耀斑常常表现为某区域的突然增亮。另外一种是较晚才观测到的日冕物质抛射，它是太阳上一团带有磁场的等离子体，脱离太阳束缚，向外抛出的现象。

耀斑和日冕物质抛射不一定同时出现，它们发生时也可能会喷射出大量的高能带电粒子，这些粒子主要是质子。增强的电磁辐射、高能带电粒子和快速等离子体云是太阳爆发活动喷射的主要能量和物质。

地球环境扰动

当太阳爆发的物质和能量朝向地球时，就可能引起地球空间环境的扰动，进而影响人类活动。不同太阳爆发活动到达地球空间的时间也不一样。耀斑爆发时增强的地磁辐射以光速到达地球空间，时间只需约8分钟，它主要引起电离层突然骚扰，影响短波通信环境。高能带电粒子到达地球空间时间缓慢，约几十分钟，一方面它引起极区电离层电子密度增加，产生电波极盖吸收事件，另一方面它会直接轰击航天器，给航天器带来辐射损伤等多种影响。

日冕物质抛射的快速等离子体云需要大约1天~4天的时间才能到达地球，它首先与地球的磁层发生相互作用，引起地球磁场变化，产生地磁暴，随后引发地球空间高能电子暴、热等离子体注入、电离层暴、高层大气密度增加等多种空间环境扰动事件，对卫星运行、导航通信和地面系统产生一系列的影响。把太阳爆发中增强的电磁辐射、高能带电粒子、快速等离子体云先后对地球空间环境造成影响的过程形象的称之为三轮“攻击”。

极光

人类肉眼能看到飓风的到来，却无法察觉太阳风暴的来临。当太阳爆发的物质和能量在广袤无垠的行星际空间中无影无形地扩散传播，人类只能通过专门的探测仪器，才能感知太阳风暴的到来。能用肉眼看到的太阳风暴现象是绚丽多姿的极光。

风暴特点

科学家通过对太阳活动和近地空间环境的检测和研究，逐渐了解到太阳风暴的一些特点和规律，最为突出的是太阳风暴的周期性、突发性和地域性。

周期性

太阳风暴的周期性主要表现在太阳活动水平的周期变化上。太阳活动水平具有11年左右的周期变化特征，有太阳活动高年和低年之分，从黑子数的多寡以及太阳10.7厘米射电流量的变化，就能很容易看出太阳活动的这种周期变化。

通常在太阳高年，太阳爆发活动较多，太阳风暴发生频次较高，强度大。相反，在太阳活动低年，太阳爆发活动少，太阳风暴发生频次低，强度相对较弱。

对于太阳黑子数，人类已经有23个太阳活动周期的完整记录。第24太阳活动周起始于2008年12月，当前正处于太阳活动高年阶段。

突发性

太阳风暴的周期性是一种长期统计规律。对于某次太阳爆发活动事件而言，其具体发生时间和爆发强度很难准确预报。相对于人类目前的认识水平，太阳风暴的发生具有很强的随机性和突发性，类似目前人类虽然知道地球上有一些地震活跃带，但却无法准确预测某次地震发生的时间和强度。

虽然太阳爆发活动具有很强的突发性，但人类对它的影响并不是束手无策。由于地球空间环境扰动大部分发生在太阳爆发几十分钟至几十小时之后，我们可以通过对太阳活动和地球空间环境的监测来分析预测太阳爆发引起的地球空间环境扰动的发生和发展。

地域性

太阳爆发引起的某种空间环境扰动，在地球空间中的不同位置，响应程度有所不同。这一方面是由地球空间环境自身的复杂变化规律决定的，另一方面也与太阳直接照射的区域不同有关。

风暴危害

随着科技的进步和信息化水平的不断提高，太阳风暴的影响和危害日益凸显。同时由于人类各种技术系统之间的关系日益错综复杂，太阳风暴影响的范围更加广泛，影响程度也不断加剧。太阳风暴对地球的三轮攻击会给人类的技术系统带来多种影响和危害。按照技术系统分类，太阳风暴的影响主要有对卫星、无线电通信和地面技术系统三个方面的影响。

影响卫星安全

太阳爆发所喷射的高能带电粒子到达地球附近后，使在轨卫星遭遇的高能带电粒子急剧增加。这些高能带电粒子具有极高的能量，能穿透卫星外壳，给卫星平台和携带的有效载荷带来多种辐射效应。可能引起微电子器件逻辑错误，造成程序混乱，严重时可能造成器件内部短路、击穿；也可能引起材料性能衰退，成像系统噪声增加，太阳能电池效率降低。同时，高能带电粒子还可能对宇航员造成辐射伤害。地磁暴期间，可能引起卫星的充/放电现象，放电脉冲可能干扰、破坏电子元器件的正常运行；高层大气密度增加会改变地轨道卫星的运行姿态和轨道高度等。如果不对卫星进行合理的防护设计和科学的在轨管理，太阳风暴可能对卫星造成巨大影响，严重时甚至能导致整星失效。

自1957年人类进入太空以来，曾多次经历卫星运行受太阳风暴影响的事例。太阳风暴导致卫星失效的事情也不乏其数。2000年的巴士底太阳风暴（因发生在法国大革命攻占巴士底狱的纪念日而得名），使多颗卫星发生故障，一颗卫星失效。例如，美国地球静止轨道环境业务卫星GOES-10大于2兆电子伏的电子传感器发生故障，导致近两天的数据没有传输；美国先进成分探测卫星（ACE）的一些传感器发生了临时性故障；美国太阳与日球层观测卫星（SOHO）的太阳能电池板输出永久性退化，卫星减寿一年；美国“风”卫星（WIND）的主要传输功率有25%永久丢失；日本黎明试验型X射线观测卫星（AKEBONO）的计算机遭到破坏。日本的宇宙学和天体物理高新卫星（ASCA）是1993年发射的一颗X射线天文卫星，因这次事件而失去高度定位，导致太阳能电池板错位而不能发电，于2001年3月坠入地球大气层。

影响通信导航

在太阳爆发活动对地球的三轮攻击中，都会引起电离层的分层结构混乱，从而干扰原本正常工作的无线电通信。因此，只要发生太阳风暴，就会影响到人类的无线电通信。电离层扰动使短波无线电信号被部分或全部吸收，从而导致信号衰落或中断；使卫星导航定位系统的精度下降，严重时甚至造成导航接收机失效，无法提供导航信息；使卫星通信的信噪比下降，误码率上升，通信质量下降，严重时可能造成卫星通信链路中断。

太阳风暴干扰无线电通信的事例屡见不鲜。同样在2000年的巴士底太阳风暴中，7月14日的大太阳耀斑引起我国北京、兰州、拉萨和乌鲁木齐等地的电波观测站的短波无线电全部中断。2006年12月初连续爆发的太阳耀斑对我国的短波无线电信号传播造成严重影响，短波通信、广播等电子信息系统发生大面积中断或受到较长时间的严重干扰。12月13日北京时间10时40分前后，太阳又爆发一次大耀斑，广州、海南、重庆等电波观测站的短波探测信号从10时20分左右起发生全波段中断，直至11时15分以后才逐步出现信号，13时30分以后基本恢复正常。

影响地面技术

太阳爆发活动对地球的第三轮攻击会引起地磁暴，地球磁场的剧烈变化在地球表面诱生地磁感应电流，这种附加电流会使电网中的变压器受损或者烧毁，造成停电事故。由于太阳风暴的袭击，灯火通明的城市90秒内将变成一片漆黑，这就是所谓的“90秒灾难”。此外，地磁感应电流还可能对长距离管线系统产生腐蚀，造成泄漏，影响石油、电缆等管线系统的正常运行。

在现代社会，电力已经成为人类生产生活不可或缺的部分。当太阳风暴来袭时，不仅电力系统本身将可能遭到重创，所有依赖电力的应用系统都将不堪一击，进而造成更加严重的经济损失。1989年3月的强太阳风暴曾使加拿大魁北克地区在寒冷的冬夜停电9小时，引起了国际社会的震惊和对太阳风暴的广泛关注，这次事件是有关太阳风暴危害中引用最多的一次事件。正是由于太阳风暴存在诸多危害，而且威力远远超过人类制造的任何武器，有科学家形象地将它称为来自自然界的“太空武器”。

科普：太阳风暴对人类健康有影响吗？

首先可以肯定的是，由于地球拥有磁场和稠密大气层的双重保护，地球上的环境要远远优于太空环境，各种有害射线和高能辐射都被阻挡在地球的大气层以外，太阳风暴对地球形成的三轮攻击也大多被地球磁层和大气层化解。太阳风暴应该不会对人类健康形成直接严重的影响。近年来，也有一些统计研究指出，太阳风暴与一些传染病、心血管疾病的发病率存在一定的相关性。但太阳风暴对人类健康会产生多大影响，影响机理是什么，都尚无科学结论。

警报级别

在日常生活中，人们已经习惯于利用天气预报信息来指导每天的穿衣出行，遇到恶劣天气状况时，还会关注气象台发布的各类气象警报，例如高温橙色警报、黄色警报和蓝色警报等。不同颜色的警报等级辅助人们判断灾害的严重性和紧急程度。太阳风暴作为一种灾害性空间天气事件，也可大致分为三级，分别以红色、橙色和黄色对应强、中等和弱太阳风暴警报。

我们主要依据太阳爆发活动的强度来衡量太阳风暴的强弱。太阳爆发活动通过增强的电磁辐射、高能带电粒子流和高速等离子体云等三种形式来释放能量，可以根据它们的强度、发生频次及危害程度来进行太阳风暴等级划分。

历史记录

超强太阳风暴——卡林顿事件

1859年9月1日早晨，英国天文爱好者卡林顿在观测太阳黑子时，发现太阳北侧的一个大黑子群内突然出现了两道极其明亮的白光，并且在这个黑子群的附近正形成一对明亮的月牙形的东西。另一位英国天文爱好者霍奇森也看到了这次太阳爆发。他们先后向英国皇家天文学会报告了观测结果。之后，9月2日，地磁观测站检测到了强烈的地磁扰动，卡林顿认为这与他观测到的现象有关，但当时的科学家不相信这一结论，卡林顿就此感叹到“One swallow does not make a summer”(一燕不成夏)。由于之前8月28日也发生了强烈地磁扰动，所以后来人们把这连续两次事件统称为“卡林顿事件”。

在卡林顿事件发生期间，观测技术还不够成熟，空间环境扰动监测数据也不够全面。但事后人们从高能粒子数量、极光范围、地磁扰动和造成的危害这几个方面还是可以推断出卡林顿事件是历史上最强的太阳风暴。

法国南部14300年前太阳风暴

2023年，国际研究团队通过分析法国南部古树年轮发现，14300年前放射性碳水平曾大幅上升。该放射性碳峰值是由大规模太阳风暴引起的，这是迄今为止发现的最大太阳风暴。

2024年5月太阳风暴

当地时间2024年5月10日，据美国有线电视新闻网（CNN）报道，美国国家海洋和大气管理局（NOAA）表示，本周出现的太阳风暴将于当天开始对地球磁场产生影响，并持续至12日。报道称，太阳风暴可能对地球上的生命造成多种影响，并影响电网以及卫星和高频无线电通信。

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