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Photo of the sun with information about how long it takes for solar mass to reach earth. Illustration by the UK Department for Business Innovation and Skills.
08 Apr 2024

无声的威胁:了解太阳耀斑后地磁风暴引发火灾的风险

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在浩瀚无垠的太空中,太阳以太阳耀斑的形式爆发能量。虽然这些爆发令人目不暇接,但其后果可能远远超出太空的范围,对我们的地球构成重大威胁,特别是以地磁暴的形式出现。

这听起来像是阴谋论,但太阳活动会影响一些病人的血压心理健康:几所规模较小的大学研究表明,在强地磁风暴期间,急诊室的病人数量往往高于正常水平

插图来源:(上图封面)太阳照片及太阳质量到达地球所需的时间信息。插图由英国商业创新与技能部提供。
文字:Bjorn Ulfsson

从头痛到心脏病、中风和火灾

地磁暴通常对人类无害,因为我们受到地球大气层的保护。然而,当一些人外出希望看到所谓的极光或北极光时,另一些人却在这些太阳活动中因头痛在床上辗转反侧,无法入睡

科学家们对导致一小部分人出现这些健康问题的原因众说纷纭,通常是那些特别容易患心脏病、中风 心理障碍 的人

虽然地磁暴对电网和通信网络的影响已得到充分证实,但在地表下还潜伏着另一种危险:由于电网和通信线路中的 电感应 而引发 火灾的风险增加

地磁暴发生时,太阳耀斑会向太空释放大量带电粒子,其中一些粒子直接射向地球。当这些粒子与地球磁场相互作用时,会在大气层中产生强大的电流,并破坏地面上的技术系统

在本文的后面部分,我们将讨论一些提示和链接,告诉大家如何为这些通常无害但可能具有破坏性的太阳活动 做好准备

1859 年太阳耀斑导致电报线起火

卡灵顿事件1859年发生的强烈地磁暴卡灵顿事件是了解与太阳耀斑和地磁扰动相关的潜在火灾风险的历史先例。在这次事件中, 强烈的地磁活动诱发了电报线路中的电流,造成了大范围的中断,在某些情况下,由于过热还引发了电报局的火灾。卡林顿事件凸显了电力基础设施对地磁感应电流(GIC)的易感性,并强调了太阳风暴可能引发火灾。

Mind4Survival.com在2022年 9月写道,卡灵顿事件发生的日期是1859年9月1日。故事的起因是一位对天文学感兴趣的33岁酿酒厂老板在笔记本上勾画了太阳黑子。这个人的名字叫 理查德-卡林顿,虽然他还不知道,但他即将载入史册。

那天上午 11 点 18 分,卡林顿突然看到太阳发出一阵耀眼的光芒。他困惑地看着这陌生的景象,思考着它的意义。然而,直到第二天,太阳活动的全部规模才显现出来,卡林顿开始理解其对地球的影响。

卡灵顿 事件"的巨大 太阳风暴开始了。

卡林顿太阳风暴照亮夜空 在夜深人静的时候,天空爆发出前所未有的光芒,欺骗了人类和野生动物。在南卡罗来纳州,居民们醒来时误以为天亮了,却发现仍是半夜。

鸟儿在深夜歌唱

鸣鸟也被这不自然的亮光所迷惑,开始了它们的旋律。然而,更令人担忧的是,全球各地的人们都在质疑这一天体奇观是否标志着末日的开始,因为在那些从未见过北极光的地区,天空中出现了生动的极光。

破晓时分,世界各地的电报员都在为无法发送或接收信息而苦苦挣扎。各地的电报站都发生了自燃,有报道称操作员触电身亡。

他们不知道,这一代人见证了一个历史性事件--卡林顿事件,又称"极光大风暴"。

许多人不禁要问,我们的现代社会拥有如此灵敏的技术,如何抵御这样的事件?我们家中的电线会着火吗?电脑服务器和互联网会瘫痪吗?手机和其他通信设备会瘫痪吗?

芬兰对树木年轮的研究提供了历史上太阳风暴的信息

Earth.com 报道了芬兰的一项研究,研究人员通过分析树木年轮中的放射性碳浓度,发现了一种研究太阳风暴对地球影响的新方法。

这项研究是由赫尔辛基大学协调的一个研究小组与芬兰自然资源研究所(Luke)和奥卢大学合作进行的。

在1859年卡林顿事件(过去两个世纪有记录的最大太阳风暴之一)之后,研究小组在芬兰拉普兰的树木中检测到了放射性碳浓度的飙升。

地磁暴与火灾之间的联系在于,地磁暴有可能在导电材料(如电线、管道和其他基础设施)中诱发电流。在强烈的地磁暴期间,这些感应电流会在电线、变压器和其他电气设备中激增,导致过热、电弧,最终引发火灾。

最严重的威胁之一出现在 变电站和配电网络等电力基础设施密集的地区。地磁感应电流 (GIC) 的突然涌入会使变压器和其他关键部件不堪重负,从而导致故障或灾难性失效。

干燥地区自发野火的风险

在某些情况下,这些电异常产生的高热点燃周围的植被或结构,引发野火,并在易受影响的地区迅速蔓延。

此外, 地磁暴引发火灾的风险 并不局限于地面基础设施。在太空中,卫星和航天器很容易受到太阳耀斑和随之而来的地磁干扰的影响。这些航天器上的电气系统会因感应电流而发生故障或损坏,可能导致过热,在极端情况下还会引发火灾。

虽然地磁暴引发灾难性火灾的可能性看似微乎其微,但历史提醒我们要警惕其潜在影响。例如,1859 年的卡林顿事件是有记录以来最强烈的地磁暴之一,导致电报系统大面积中断,据报道,由于感应电流,电报局还引发了火灾。

近年来,科学家和政策制定者 加大了了解和减轻地磁暴风险的力度。强化的监测和预警系统为公用事业运营商和应急响应人员提供了重要的警报,使他们能够采取积极措施保护关键基础设施并减轻潜在的损害。

各国政府和一些消防部门已开始为最坏情况做准备

英国商业创新与技能部在《 空间天气准备战略白皮书中写道,空间天气有三个主要组成部分:

  • 太阳耀斑
  • 太阳高能粒子;以及
  • 日冕物质抛射

其中每一种都有可能对地球造成影响,它们可以单独发生,也可以组合发生,从而有可能对重要基础设施造成更广泛的破坏性影响。

美国国家气象局在其主页上给出了与其他自然灾害类似的准备建议 装满塑料水瓶,在家里放一些现金, 以防银行系统瘫痪。

此外,空间天气预报和建模技术的进步能够更准确地预测地磁暴的强度和潜在影响,为风险评估和备灾提供宝贵的见解。

联邦紧急事务管理局和国土安全部在其白皮书《2019 年 5 月 即将 发生的 空间天气事件的联邦操作概念 》中写道,太阳耀斑、太阳高能粒子地磁扰动空间天气事件 经常发生,可能对全球定位系统 (GPS)、卫星运行、通信、航空电网 等关键的地球基础设施造成可测量的影响

"太空天气 "风暴观察警告会给我们一到三天的准备时间

问题是在观测到强烈的太阳耀斑和太阳等离子体以地磁风暴的形式撞击地球之前,我们通常只有 24 - 72 小时的时间。通常情况下,预报中的风暴会错过地球,或者在离开太阳的途中被削弱。然而,在地磁暴来临之前,我们永远无法确切知道它的威力有多大。

BreadandButterScience.com在其白皮书《太阳风暴灾难准备计划》 中写道,预测太阳风暴的强度并不是一门精确的科学。 事实上,这门科学还处于起步阶段。

达科塔-邓肯Dakota Duncan)( 职业是消防员和医护人员) ,CEM,MPH,APTIM.com 的应急响应总监。 APTIM.com 撰文介绍了当前 12 年太阳周期中即将到来的太阳最大值。 太阳风暴可能会对我们的应急管理行动产生影响,他分享了对即将到来的太阳极大值及其对准备响应策略的影响的见解。

APTIM专注于 弹性和基础设施解决方案以及 环境和可持续发展解决方案.

目前,我们对太阳风暴的防御在很大程度上依赖于 "高级成分探测器"(Advanced Composition Explorer)和 "深空气候观测卫星"(DSCOVR Deep Space Climate Observatory satellite)等监测系统。这些系统提供的预警非常重要,但也很有限,只能在可能的撞击发生前提供一个短暂的窗口(最多一小时)。如果准备充分,这一时间框架可能允许关键基础设施部分关闭。

然而, 人工智能(AI)的进步有望增强我们的预测能力。前沿发展实验室(Frontier Development Lab)等机构利用人工智能预测太阳风暴,取得了可喜的成果。根据太阳探索历史数据训练的人工智能模型可以提前 30 分钟预测即将到来的太阳风暴,从而有可能提供更多的反应时间。

美国国家航空航天局、 美国地质调查局、能源部和其他合作伙伴的通力合作凸显了这一发展的重要意义。基于人工智能的预测系统具有开源性质,可以进行调整并集成到关键基础设施的运行中,为即将到来的太阳扰动提供了一个潜在的防御层。

如何准备: 关于即将到来的太阳极大期的预测错综复杂,存在不确定性。虽然地磁暴及其后果的可能性是存在的,但目前还不值得过分担忧。但是,个人和家庭必须考虑做好基本准备,以应对长时间网络中断可能造成的影响。这包括

  1. 保持其他通信方式,如固定电话和应急无线电设备。
  2. 建立事先安排好的会面地点,以防万一发生分离。
  3. 储备必需品并保留重要文件的打印件。
  4. 为重要的电子交易制定备份计划。

保持警惕,做好准备,但不要灾难化

虽然存在发生重大太阳风暴的可能性,但必须强调的是, 这并不是一场迫在眉睫的危机。但是,采取积极措施和保持信息畅通无疑将有助于更好地应对可能出现的任何不可预见的挑战。保持警惕!

总之,虽然太阳耀斑和地磁暴的天体表现可能会让人浮想联翩,但它们在地面上造成的后果却需要我们仔细关注并做好准备。

通过了解地磁干扰引起火灾的风险,并投资于保护关键基础设施的积极措施,我们可以减轻这些无声威胁的影响,并确保我们的技术文明在面对空间天气挑战时的复原力