太阳气泡和地磁暴

陈壮叔

1989年3月13日凌晨，加拿大魁北克电力公司的控制室内，技术人员正注视着一块模拟板，那是反映电路网运行情况的一个装置。2：44分，模拟板上突然闪出一道辉光，这说明北部区域的电路出了问题，控制系统自动地切断了一条重要输电线路；不到1分钟，模拟板亮起6道闪光，这意味着电路网的电压处于危险的不稳状态。随即电流断路开关触动，1／5的网路脱网，又过了几秒，断电事件像雪崩似的，波及到整个魁北克省。整个网路的断电状态只持续了90秒，给该公司带去1000万美元的损失，而用户的受损情况，是这一数目的10倍。

在事故分析会上，工程师们倍感困惑，因为他们查不到任何人为的因素。既不是设计上有缺陷，也非疏于管理。他们不得不前去请教空间物理学家。才知这是太阳大气惹的祸，是太空气象引起的一场磁灾。

大家知道，地球大气的活动所出现的物理现象，如风、雨、雷暴等，我们统称为气象。类似地，太阳的大气活动，也就引起了太阳系内的太空气象。

太阳的大气称日冕，由于温度很高，根本不存在原子的结构，故其大气是由电子和质子组成的，称为等离子体的气体。这种气体受到太阳磁场的束缚，而被困在太阳的最外层，但还是不断地有少量流出，科学家称它为太阳风。有时，太阳风中夹着巨大的热气泡，它带着太阳的磁场，在空间飞奔。一年中有几次，这种气泡会击中地球，结果是引发一场地磁暴。此时，罗盘的指针急剧地飘动，南、北极的极光疯狂地闪烁，并大大地扩大其活动范围。地磁暴也使得卫星遭殃。1994年，加拿大的一颗通讯卫星，就因此而受害(星上的仪器工作突然紊乱)，损失2．5亿美元。但地磁暴施虐的主要受害者，还是输电网路，上述魁北克的那次停电事故，同时也袭击了美国的新泽西州和宾夕法尼亚州的网路。

近30年来，空间物理学家一直在研究太空气象。这种太阳气泡与地磁场的相互作用过程很复杂，但他们还是找到了其中具有规律性的东西。因而太空气象也是可预测的。

这种热气泡有几十亿吨重，由此可见它的巨大。它以1000公里／秒的速度飞奔，携带着惊人的能量，足可把她中海之水一下煮干。打在地球上的，只是泡的一小部分，它跟地磁场相碰而激发出能量巨大的地磁暴。

是什么原因使太阳偶尔喷发气泡的呢?目前主要的理论认为，日冕的温度有200万F，若不是太阳磁场的管束，早就跑光了。不过太阳磁场时有变化，一旦变弱，大团等离子气体，就像脱缰野马，迅猛窜出。但气泡飞到地球，并不一定产生灾难，这得看气泡的磁场取向。若与地磁场一致，则两者相安无事；若正好相反，那就发生一场磁灾。在此情况下，就如两根磁极相反的磁条相互靠拢，最终必猛烈相吸，拼发出巨大的能量。不过实际上气泡的磁场取向是混乱的，且还有其他一些可变因素，决定气泡跟地磁场相互作用的过程。总的来说，这些都有随遇性。

由于影响太空气象与地磁场相互作用的因素颇多，且是变化着的，所以对太空气象的预测时间量无法提前很多。要想作出精确的预言，必须具备二个条件。首先，要有一个关于地磁暴过程的详细模型．第二必须进行一些关键性的测量。最近，物理学家贝克，提出了一个较好的模型，专家们按此模型，对过去的测量数据作出预测，结果跟历史上发生的地磁暴的情况完全吻合。

美国国家大气和海洋管理局(NOAA)也在研究太空气象，他们企图通过观测气泡在日面上的形成，来预测地磁暴。研究者使用了射电、光学和X射线望远镜，寻找气泡脱离太阳的线索，因为当气泡离开时会发出射电暴。从这一点开始，他们可测量其速度。并计算出到达地球的大概时间，一般来说，一个泡飞至地球，约需2～3天。若他们看到的气泡较大，足以引起地磁暴．那么就可在当天发出警报。

一般作出的预报虽然提前时间较早，但其可靠性却差，正确率仅50％。因气泡的磁场方向在运动中无法确定，一直要到它飞至地球外层空间时，才能定出。

这样看来，想要精确预报，必须在近距离上观测泡的状态。可喜的是美国宇航局也投入这一研究，它打算部署二颗卫星以供测量。第一颗卫星名“风”，已于1994年升空，将于1997年进入预定轨道，它离地面160万公里，太阳和地球的引力，在这里正好完全抵消。它将测量气泡的密度、速度和磁场程度，并能在气泡与地磁场相碰前一小时，发出预报。不要小看这一时，魁北克公司若事先得悉此情。那么它的1000万美元就可保住了。

不过“风”是一颗研究用卫星，它仅运行一年，且每天只有二小时向地球发回信息。若有气泡在这“二小时”以外袭来，它是不理睬的。第二颗是专门的气象卫星，称之ACE，将于1997年发射，并即进入上述轨道与“风”会合。它将提供24小时服务，美中不足的是它只工作三年。这二颗卫星的投入运行，对太空气象事业无疑是一个推动。当专家们谈及此事，他们似乎面带愁云。他们说，目前无论在太阳大气的理论研究上或观测技术上，都有很大进展。但前途仍无法乐观，因为ACE退役后，还没有关于后继卫星出台的计划，更没有科学家所梦想的，建立国家太空气象台的计划。他们因此而焦虑，也就不足为怪了。

(责任编辑／杨剑鸣)