太陽氣泡和地磁暴

陳壯叔

1989年3月13日凌晨，加拿大魁北克電力公司的控制室內，技術人員正注視著一塊模擬板，那是反映電路網運行情況的一個裝置。2：44分，模擬板上突然閃出一道輝光，這說明北部區域的電路出了問題，控制系統自動地切斷了一條重要輸電線路；不到1分鐘，模擬板亮起6道閃光，這意味著電路網的電壓處于危險的不穩狀態。隨即電流斷路開關觸動，1／5的網路脫網，又過了幾秒，斷電事件像雪崩似的，波及到整個魁北克省。整個網路的斷電狀態只持續了90秒，給該公司帶去1000萬美元的損失，而用戶的受損情況，是這一數目的10倍。

在事故分析會上，工程師們倍感困惑，因為他們查不到任何人為的因素。既不是設計上有缺陷，也非疏于管理。他們不得不前去請教空間物理學家。才知這是太陽大氣惹的禍，是太空氣象引起的一場磁災。

大家知道，地球大氣的活動所出現的物理現象，如風、雨、雷暴等，我們統稱為氣象。類似地，太陽的大氣活動，也就引起了太陽系內的太空氣象。

太陽的大氣稱日冕，由于溫度很高，根本不存在原子的結構，故其大氣是由電子和質子組成的，稱為等離子體的氣體。這種氣體受到太陽磁場的束縛，而被困在太陽的最外層，但還是不斷地有少量流出，科學家稱它為太陽風。有時，太陽風中夾著巨大的熱氣泡，它帶著太陽的磁場，在空間飛奔。一年中有幾次，這種氣泡會擊中地球，結果是引發一場地磁暴。此時，羅盤的指針急劇地飄動，南、北極的極光瘋狂地閃爍，并大大地擴大其活動范圍。地磁暴也使得衛星遭殃。1994年，加拿大的一顆通訊衛星，就因此而受害(星上的儀器工作突然紊亂)，損失2．5億美元。但地磁暴施虐的主要受害者，還是輸電網路，上述魁北克的那次停電事故，同時也襲擊了美國的新澤西州和賓夕法尼亞州的網路。

近30年來，空間物理學家一直在研究太空氣象。這種太陽氣泡與地磁場的相互作用過程很復雜，但他們還是找到了其中具有規律性的東西。因而太空氣象也是可預測的。

這種熱氣泡有幾十億噸重，由此可見它的巨大。它以1000公里／秒的速度飛奔，攜帶著驚人的能量，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，它跟地磁場相碰而激發出能量巨大的地磁暴。

是什么原因使太陽偶爾噴發氣泡的呢?目前主要的理論認為，日冕的溫度有200萬F，若不是太陽磁場的管束，早就跑光了。不過太陽磁場時有變化，一旦變弱，大團等離子氣體，就像脫韁野馬，迅猛竄出。但氣泡飛到地球，并不一定產生災難，這得看氣泡的磁場取向。若與地磁場一致，則兩者相安無事；若正好相反，那就發生一場磁災。在此情況下，就如兩根磁極相反的磁條相互靠攏，最終必猛烈相吸，拼發出巨大的能量。不過實際上氣泡的磁場取向是混亂的，且還有其他一些可變因素，決定氣泡跟地磁場相互作用的過程。總的來說，這些都有隨遇性。

由于影響太空氣象與地磁場相互作用的因素頗多，且是變化著的，所以對太空氣象的預測時間量無法提前很多。要想作出精確的預言，必須具備二個條件。首先，要有一個關于地磁暴過程的詳細模型．第二必須進行一些關鍵性的測量。最近，物理學家貝克，提出了一個較好的模型，專家們按此模型，對過去的測量數據作出預測，結果跟歷史上發生的地磁暴的情況完全吻合。

美國國家大氣和海洋管理局(NOAA)也在研究太空氣象，他們企圖通過觀測氣泡在日面上的形成，來預測地磁暴。研究者使用了射電、光學和X射線望遠鏡，尋找氣泡脫離太陽的線索，因為當氣泡離開時會發出射電暴。從這一點開始，他們可測量其速度。并計算出到達地球的大概時間，一般來說，一個泡飛至地球，約需2～3天。若他們看到的氣泡較大，足以引起地磁暴．那么就可在當天發出警報。

一般作出的預報雖然提前時間較早，但其可靠性卻差，正確率僅50％。因氣泡的磁場方向在運動中無法確定，一直要到它飛至地球外層空間時，才能定出。

這樣看來，想要精確預報，必須在近距離上觀測泡的狀態。可喜的是美國宇航局也投入這一研究，它打算部署二顆衛星以供測量。第一顆衛星名“風”，已于1994年升空，將于1997年進入預定軌道，它離地面160萬公里，太陽和地球的引力，在這里正好完全抵消。它將測量氣泡的密度、速度和磁場程度，并能在氣泡與地磁場相碰前一小時，發出預報。不要小看這一時，魁北克公司若事先得悉此情。那么它的1000萬美元就可保住了。

不過“風”是一顆研究用衛星，它僅運行一年，且每天只有二小時向地球發回信息。若有氣泡在這“二小時”以外襲來，它是不理睬的。第二顆是專門的氣象衛星，稱之ACE，將于1997年發射，并即進入上述軌道與“風”會合。它將提供24小時服務，美中不足的是它只工作三年。這二顆衛星的投入運行，對太空氣象事業無疑是一個推動。當專家們談及此事，他們似乎面帶愁云。他們說，目前無論在太陽大氣的理論研究上或觀測技術上，都有很大進展。但前途仍無法樂觀，因為ACE退役后，還沒有關于后繼衛星出臺的計劃，更沒有科學家所夢想的，建立國家太空氣象臺的計劃。他們因此而焦慮，也就不足為怪了。

(責任編輯／楊劍鳴)