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全球技术地图 创新丨前沿丨科普丨资讯  在源自太阳的空间风暴面前，现代技术不堪一击。 1859年9月一个晴朗无云的早晨，刚过凌晨4点，在现名为科罗拉多州（Colorado）的上空突然爆发出了红绿交加的亮光。当时在堪萨斯地区（Kansas Territory）淘金的矿工，误以为那只是黎明到来的征兆，便起床准备早餐。而在更为发达的地区发生的事情则更加让人迷惘失措，向21世纪的有线高科技发出了警示之声。 天空的光点亮了夜幕中的地球，全球电报系统失去控制，敲打着毫无意义的编码，发射的火花点燃了附近成堆的纸带。电报操作员也惨遭电击灼伤，即使切断电报设备的电源，也无法阻止这场混乱，因为输电线本身就携带着巨大的电流。 现代技术在源自太阳的空间风暴面前不堪一击。这场有记录以来最大型的太阳风暴的威力是9年前那场已知历史上最大型风暴的两倍还多。 我在太阳风暴预测研究上已有7年的经验，再结合几十年在不同太阳风暴状况下使用GPS卫星信号的感受，可以得知若是规模如此之大的太阳风暴再次来临，当下更为敏锐的电子设备和卫星系统将被彻底摧毁。 2008年，美国国家科学院（National Academy of Sciences）一个专家小组发布了一份报告，得出一个发人深省的推论：一场规模如此强大的太阳风暴会让整个世界倒退至19世纪，而想要恢复则需要几年甚或十年的时间。 太阳爆发活动 自太阳系诞生以来，太阳风暴就一直在发生。1859年那场风暴因英国天文学家卡灵顿（Carrington）记录了当时的他对太阳的观察资料而被命名为卡灵顿事件（Carrington event）。在那前后，太阳风暴曾多次波及地球。太阳风暴缘于太阳表面剧烈的电磁爆炸，即日冕物质抛射。每一次爆炸都会向太阳系中以过热的球状的形式抛射出数十亿的质子和电子。 大约每20个日冕物质抛射的等离子体中就会有一个奔向与地球轨道交叉的方向。大概3天后，地球就会经历一场所谓的太阳风暴或地磁暴。 虽然描述这些事件的时候会用“天气”和“风暴”等词语，但是它并不会影响天气的晴雨、冷暖，或者说是某天是否适合外出这类情况。它们无关气象，只会带来电磁影响。
到达地球当日冕物质抛射的高速运动等离子体到达地球的时候，带电粒子在高层大气与空气分子发生碰撞，释放热量，发出光芒，形成极光。 而且，一直都在运动的电荷会与磁场相遇，两者之间的相互作用会在任一导体中自发产生电流。如果球状等离子体足够巨大，它与地球磁场之间的相互作用就会在地上那些超长的电线里感应出强大的电流，就如1859年那次电报电路过载一样。 有史以来的太阳风暴 自16世纪人们开始记录大型日冕物质抛射活动以来，其到达地球的时间都是突发不规则的。记录在案的最大的一场发生在1859年，已用红色标出。 1989年3月13日，一场只有卡灵顿事件五分之一威力的太阳风暴降临地球。它致使魁北克水力电网的输电线中电流激增，严重损害了传输设备，结果断电9个小时，600万人遭受影响。 在新泽西州（New Jersey），太阳风暴感应的电流烧毁了一座核电站的巨型变压器。即使备用变压器就在附近，也需要六个月的时间拆除被融化的装置，重新安装。那时，有些人还担心那璀璨的极光意味着核战争已经爆发。 2003年，一系列高速太阳风暴冲击地球，人们称其为万圣节太阳风暴。这阵太阳风暴感应的电流给北美电网带去了威胁。在风暴峰值阶段，GPS导航系统紊乱失控，通信系统也被切断。 更大型的太阳风暴会带来更广泛的影响，造成更严重的破坏，所需的恢复时间也更长。 影响广泛 地磁暴会攻击现代技术的命脉：电力。一场太阳风暴通常会持续两到三天，在此期间整个地球都会受强大的电磁力的影响。美国国家科学院的研究表明一场极大型太阳风暴会损坏、切断全球范围内的电网和通讯网络。 电力已经融入到了现代生活的各个层面 在风暴经过之后，恢复供电并没有什么简单的方法。给被烧毁的电线或电力变压器生产替代品的制造厂没有电。运送原材料和完工设备的火车也无法加油，因为汽油泵需要靠电力驱动运转。而且那些正在运行的油泵也会很快耗尽，因为从地下提取石油并将其精炼为可用燃料的机器也需要电力驱动。 因为交通系统的瘫痪，食物也就无法从农场运往商店。每一个看起来与技术无关的系统都会停止运转，比如公共供水系统：因为水泵和净化系统都需要电力支持。发达国家的居民会发现他们没有自来水，无法进行污水处理，不能冷藏食物，也没有从远方运送食物或者其他必需品的方法。在基本经济体系较为发达的地方居住的人也无法从远方运输所需用品。 修复所有的损坏需要四到十年的时间。在此期间，人们需要自己种植食物，寻找、运输和净化用水，烧火做饭。当然还有一些系统会继续运转，比如自行车、马车和帆船。不过还有一种会继续运行的设备给人们在预防此类灾难中提供了一个思路：那就是电动汽车，但它们也只能在可提供太阳能电池板和风力涡轮机充电的地方保持运行。 未雨绸缪和保护措施 小型设备受地磁暴的影响程度与网格规模的系统相比还是相差甚远。电磁学的基本原理表明：暴露在移动磁场中的电线越长，里面产生的感应电流就越多。 1859年，电报系统受到如此强烈的影响是因为有许多电线穿过美国的各个城市。那些超长的电线需要立即处理巨大的能量，然而它们没能做到。现在也有很多连接发电机和消费者的超长电线，就像连接尼亚加拉大瀑布（Niagara Falls）和纽约市的电线，它们也会受到强大的感应电流的影响。
减弱地磁暴致命影响的唯一方法就是大幅改造电网。 现在，覆盖美国各大洲的实际上是庞大的电线网络。政府、企业和组织需要共同努力，将其分散成较小的部分。让每个部分为一个小镇甚或一个社区、一个家庭提供服务。这些“微型电网”可以相互连接，但要在里面安装保护装置，让其可以在太阳风暴到来之时快速断电。如此一来，受太阳风暴影响的电线长度就会缩短，遭受损害的可能性也会降低。 一个利用太阳能电池板和蓄电池储电，驾驶电动汽车四处走动的家庭可能会发现供水系统、天然气或互联网都中断服务了，但四处走动的自由和天黑以后亮灯工作的可能将会给他们带来更好的生存机会。
下一次太阳风暴何时降临？ 防患未然，应始于当下。想要预知下一次大型风暴什么时候到来是不可能的：当发现太阳表面有活动发生的时候，我们最多只有三天的预警时间。下一个卡灵顿事件的发生，其实只是时间问题。 研究太阳的物理学家们也在观察太阳，识别任何可能是日冕物质抛射现象预兆的活动。他们收集了大量太阳相关数据，试图利用电脑分析这些数据使其与地磁暴联系起来。这项工作正在进行中，也会随着时间的推移日益精确。虽然这项研究还未在抛射发生之前做出太阳风暴即将到来的可靠预测，但是它每年都在进步提高。 在我看来，基于可再生能源研发微型电网是最安全的行动措施之一。它们不仅可以提高人们当下的生活质量，还可以在灾难事件发生的时候给予人们维持当前生存方式的最佳机会。
编译丨路会会 选自丨The Conversion |
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