受太陽風暴產生的地磁暴影響,SpaceX發射的49顆“星鏈”衛星中有40余顆沒能升至預定軌道,最終宣告報廢。SpaceX老板馬斯克因此的損失超6000萬美元。
太陽風暴被戲稱為太陽打“噴嚏”,這一現象在太陽活動高年時有發生,其產生的破壞力為何如此強勁?對人類的活動又會產生什么影響?
“搗毀”衛星屬偶然
太陽風暴是指太陽上的劇烈爆發活動及其在日地空間引發的一系列強烈擾動,是太陽大氣中發生的持續時間短暫、規模巨大的能量釋放現象。
國家天文臺懷柔觀測基地主任鄧元勇接受科普時報記者采訪時表示,太空并不是完全的“真空”,其中的主要背景環境由太陽物質外流即所謂的太陽風構成。“如同地球上既有和風細雨也有狂風暴雨一樣,太陽風也有狂暴的時候。當太陽上有劇烈的爆發活動,如耀斑和日冕物質拋射出現的時候,太陽風會受到劇烈擾動,形成太陽風暴。”
太陽風暴要通過增強的電磁輻射、高能帶電粒子流和等離子體云等三種形式釋放。太陽風暴分為A、B、C、M和X幾個不同的等級,X為最高,級別后面所帶數字越大,代表強度越高。鄧元勇表示,1月30日太陽活動區AR12936發生了M1.1級耀斑,隨后爆發了日冕物質拋射(CME),誘發太陽風暴,進而導致了本次地磁擾動事件。
地磁暴以Kp指數來表征地磁擾動的強弱,Kp指數劃分為0到9級。此次“星鏈”遭遇到的地磁暴由M1級太陽風暴引發,由此產生的地磁暴定級為Kp5,所屬級別都不高。Kp5級別的地磁暴平均每年發生50多天,而在太陽活動高年,一年發生會達120多天。
顯然,此次太陽只是不經意間打了個小“噴嚏”,之所以對“星鏈”衛星造成如此強的破壞力,實屬偶發因素。
“星鏈”衛星是在約210公里處遭遇到地磁暴。一般而言,人造衛星都會推到500公里甚至更高軌道,而這一批次發射的星鏈衛星的推進策略是先用火箭將衛星送入210公里的預定軌道,再用電推進器將衛星送往更高處。然而衛星停留在210公里時正好遭遇了地磁暴,只能說馬斯克有點“背”。
預防還得靠“預測”
M級的太陽風暴可能會造成航天器通信中斷,一般還不至于達到災難性等級。鄧元勇認為,“星鏈”衛星的事故如果能應對得更好,是可以避免的。“當然,這也說明進一步提升空間天氣綜合業務能力的必要性。”
“星鏈”衛星的損毀與其說是天災,還不如說是“人為”事故,但也別就此認為太陽風暴的威力“僅此而已”。1859年的卡林頓事件,太陽風暴級別達到了X-28級。如果這一事件發生在今天,估計地球軌道上的所有衛星將直接被掃蕩。
此外,太陽風暴帶來的日冕物質拋射事件還會產生另一個更嚴重的威脅——高能帶電粒子可能會突入低層空間軌道,直接轟擊衛星,導致加固不夠的衛星芯片重置甚至擊穿,結局就是衛星暫時失去聯系、失控甚至解體,如日本2016年2月17發射X射線觀測的“瞳”衛星,工作不到一個月就因為高能粒子轟擊導致姿態控制電路失控,最終高速滾轉解體。
如果太陽風暴的級別夠強,比如達到卡林頓級別,那“遭殃”的就不只軌道上的衛星了,它甚至能影響地面長距離輸電系統、通信電路等。1989年3月13日魁北克大停電就是當年3月9日的一次日冕物質拋射所致。
科學家們正在利用基于太空的研究來了解太陽的能量,以減少對人類的影響。科學家們也在盡一切努力保護發電站免受太陽風暴的影響。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,電容設備能將太陽風暴產生的多余能力從系統中移除,但同時也會產生一些意想不到的副作用。預防太陽風暴災難性影響的最好方法是提前預測。
鄧元勇表示,目前人類對太陽風暴的預測有一定能力,除了光輻射增強很快傳播到地球以外,高能粒子到達地球至少需要數小時,等離子云則至少兩三天,所以人類還是可以做一些太陽風暴的預警預報。“事實上,此次SpaceX并不是完全沒有防備,應該是綜合策略失當或者技術能力不足所致。”
目前,深空氣候觀測臺已經在提供關于太陽爆發的時間和速度的關鍵數據,甚至正在開發更好的預警系統。美國國家科學基金會也開始發布丹尼爾·伊努伊太陽望遠鏡的圖像。該望遠鏡是太陽天文學項目之一,是保護地球免受災難性太陽耀斑影響的整體努力的一部分。
鄧元勇強調,目前人類對太陽風暴的預測還不夠準確,比如對是否產生、何時產生太陽風暴的預報能力不足。此外,監測能力的不足導致對日冕物質拋射的傳播路徑和時間無法準確預判等。“當然,我們也不必過于擔心,1989年加拿大魁北克省電網由于卡林頓級別太陽風暴而造成全面癱瘓只是個例。對于生活在地球上的人類而言,太陽風暴并不會影響日常生活。”(陳杰)