受太陽風(fēng)暴產(chǎn)生的地磁暴影響，SpaceX發(fā)射的49顆“星鏈”衛(wèi)星中有40余顆沒能升至預(yù)定軌道，最終宣告報(bào)廢。SpaceX老板馬斯克因此的損失超6000萬美元。
太陽風(fēng)暴被戲稱為太陽打“噴嚏”，這一現(xiàn)象在太陽活動(dòng)高年時(shí)有發(fā)生，其產(chǎn)生的破壞力為何如此強(qiáng)勁?對(duì)人類的活動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生什么影響?
“搗毀”衛(wèi)星屬偶然
太陽風(fēng)暴是指太陽上的劇烈爆發(fā)活動(dòng)及其在日地空間引發(fā)的一系列強(qiáng)烈擾動(dòng)，是太陽大氣中發(fā)生的持續(xù)時(shí)間短暫、規(guī)模巨大的能量釋放現(xiàn)象。
國家天文臺(tái)懷柔觀測(cè)基地主任鄧元勇接受科普時(shí)報(bào)記者采訪時(shí)表示，太空并不是完全的“真空”，其中的主要背景環(huán)境由太陽物質(zhì)外流即所謂的太陽風(fēng)構(gòu)成。“如同地球上既有和風(fēng)細(xì)雨也有狂風(fēng)暴雨一樣，太陽風(fēng)也有狂暴的時(shí)候。當(dāng)太陽上有劇烈的爆發(fā)活動(dòng)，如耀斑和日冕物質(zhì)拋射出現(xiàn)的時(shí)候，太陽風(fēng)會(huì)受到劇烈擾動(dòng)，形成太陽風(fēng)暴。”
太陽風(fēng)暴要通過增強(qiáng)的電磁輻射、高能帶電粒子流和等離子體云等三種形式釋放。太陽風(fēng)暴分為A、B、C、M和X幾個(gè)不同的等級(jí)，X為最高，級(jí)別后面所帶數(shù)字越大，代表強(qiáng)度越高。鄧元勇表示，1月30日太陽活動(dòng)區(qū)AR12936發(fā)生了M1.1級(jí)耀斑，隨后爆發(fā)了日冕物質(zhì)拋射(CME)，誘發(fā)太陽風(fēng)暴，進(jìn)而導(dǎo)致了本次地磁擾動(dòng)事件。
地磁暴以Kp指數(shù)來表征地磁擾動(dòng)的強(qiáng)弱，Kp指數(shù)劃分為0到9級(jí)。此次“星鏈”遭遇到的地磁暴由M1級(jí)太陽風(fēng)暴引發(fā)，由此產(chǎn)生的地磁暴定級(jí)為Kp5，所屬級(jí)別都不高。Kp5級(jí)別的地磁暴平均每年發(fā)生50多天，而在太陽活動(dòng)高年，一年發(fā)生會(huì)達(dá)120多天。
顯然，此次太陽只是不經(jīng)意間打了個(gè)小“噴嚏”，之所以對(duì)“星鏈”衛(wèi)星造成如此強(qiáng)的破壞力，實(shí)屬偶發(fā)因素。
“星鏈”衛(wèi)星是在約210公里處遭遇到地磁暴。一般而言，人造衛(wèi)星都會(huì)推到500公里甚至更高軌道，而這一批次發(fā)射的星鏈衛(wèi)星的推進(jìn)策略是先用火箭將衛(wèi)星送入210公里的預(yù)定軌道，再用電推進(jìn)器將衛(wèi)星送往更高處。然而衛(wèi)星停留在210公里時(shí)正好遭遇了地磁暴，只能說馬斯克有點(diǎn)“背”。
預(yù)防還得靠“預(yù)測(cè)”
M級(jí)的太陽風(fēng)暴可能會(huì)造成航天器通信中斷，一般還不至于達(dá)到災(zāi)難性等級(jí)。鄧元勇認(rèn)為，“星鏈”衛(wèi)星的事故如果能應(yīng)對(duì)得更好，是可以避免的。“當(dāng)然，這也說明進(jìn)一步提升空間天氣綜合業(yè)務(wù)能力的必要性。”
“星鏈”衛(wèi)星的損毀與其說是天災(zāi)，還不如說是“人為”事故，但也別就此認(rèn)為太陽風(fēng)暴的威力“僅此而已”。1859年的卡林頓事件，太陽風(fēng)暴級(jí)別達(dá)到了X-28級(jí)。如果這一事件發(fā)生在今天，估計(jì)地球軌道上的所有衛(wèi)星將直接被掃蕩。
此外，太陽風(fēng)暴帶來的日冕物質(zhì)拋射事件還會(huì)產(chǎn)生另一個(gè)更嚴(yán)重的威脅——高能帶電粒子可能會(huì)突入低層空間軌道，直接轟擊衛(wèi)星，導(dǎo)致加固不夠的衛(wèi)星芯片重置甚至擊穿，結(jié)局就是衛(wèi)星暫時(shí)失去聯(lián)系、失控甚至解體，如日本2016年2月17發(fā)射X射線觀測(cè)的“瞳”衛(wèi)星，工作不到一個(gè)月就因?yàn)楦吣芰Ｗ愚Z擊導(dǎo)致姿態(tài)控制電路失控，最終高速滾轉(zhuǎn)解體。
如果太陽風(fēng)暴的級(jí)別夠強(qiáng)，比如達(dá)到卡林頓級(jí)別，那“遭殃”的就不只軌道上的衛(wèi)星了，它甚至能影響地面長(zhǎng)距離輸電系統(tǒng)、通信電路等。1989年3月13日魁北克大停電就是當(dāng)年3月9日的一次日冕物質(zhì)拋射所致。
科學(xué)家們正在利用基于太空的研究來了解太陽的能量，以減少對(duì)人類的影響。科學(xué)家們也在盡一切努力保護(hù)發(fā)電站免受太陽風(fēng)暴的影響。一些組織正在建立電容器組，這些電容器組可以吸收和消耗多余的能量。
然而，這些解決方案都不是完美的，電容設(shè)備能將太陽風(fēng)暴產(chǎn)生的多余能力從系統(tǒng)中移除，但同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生一些意想不到的副作用。預(yù)防太陽風(fēng)暴災(zāi)難性影響的最好方法是提前預(yù)測(cè)。
鄧元勇表示，目前人類對(duì)太陽風(fēng)暴的預(yù)測(cè)有一定能力，除了光輻射增強(qiáng)很快傳播到地球以外，高能粒子到達(dá)地球至少需要數(shù)小時(shí)，等離子云則至少兩三天，所以人類還是可以做一些太陽風(fēng)暴的預(yù)警預(yù)報(bào)。“事實(shí)上，此次SpaceX并不是完全沒有防備，應(yīng)該是綜合策略失當(dāng)或者技術(shù)能力不足所致。”
目前，深空氣候觀測(cè)臺(tái)已經(jīng)在提供關(guān)于太陽爆發(fā)的時(shí)間和速度的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，甚至正在開發(fā)更好的預(yù)警系統(tǒng)。美國國家科學(xué)基金會(huì)也開始發(fā)布丹尼爾·伊努伊太陽望遠(yuǎn)鏡的圖像。該望遠(yuǎn)鏡是太陽天文學(xué)項(xiàng)目之一，是保護(hù)地球免受災(zāi)難性太陽耀斑影響的整體努力的一部分。
鄧元勇強(qiáng)調(diào)，目前人類對(duì)太陽風(fēng)暴的預(yù)測(cè)還不夠準(zhǔn)確，比如對(duì)是否產(chǎn)生、何時(shí)產(chǎn)生太陽風(fēng)暴的預(yù)報(bào)能力不足。此外，監(jiān)測(cè)能力的不足導(dǎo)致對(duì)日冕物質(zhì)拋射的傳播路徑和時(shí)間無法準(zhǔn)確預(yù)判等。“當(dāng)然，我們也不必過于擔(dān)心，1989年加拿大魁北克省電網(wǎng)由于卡林頓級(jí)別太陽風(fēng)暴而造成全面癱瘓只是個(gè)例。對(duì)于生活在地球上的人類而言，太陽風(fēng)暴并不會(huì)影響日常生活。”(陳杰)
關(guān)鍵詞： 星鏈衛(wèi)星 太陽打“噴嚏” 深空氣候觀測(cè)臺(tái) 美國國家科學(xué)基金會(huì)
