太阳风暴CME对地球有什么危害?
日冕物质抛射(CME)是日冕物质在较短时间内大规模抛离太阳,进入行星际空间,并引起太阳风扰动的一种太阳活动现象,也是与空间扰动关系最密切的太阳爆发事件。一次日冕抛射事件抛出的太阳物质可达1011—1013千克,能量可达1022—1026焦耳。在太阳活动高峰年,每天可发生3—4次日冕物质抛射事件。
CME产生的高速等离子体团,会产生行星际激波,也被形象地称为太阳风暴,当它吹过地球时,常会使地球空间环境的结构、状态和动力学行为发生急剧变化。
目前与空间天气密切联系的太阳和行星际科学问题有以下几个:(1)太阳爆发事件发生的地点与时间。在几天内获取可靠的预警与预报,这是一个亟待解决的大问题。(2)太阳高能粒子的加速。这是与前一个问题相关的基础科学问题。不同的CME事件会生成不同高能离子流射向地球,而我们并不知道其成因。(3)对CME结构和行星际传播的预报。即使观测到了太阳表面的CME,我们仍然无法确定其是否会到达地球。即便它能够到达,如果没有实地观测,我们也无法确知该事件是否会对地球造成影响。
空间天气是日地系统整体的物理状态,即太阳、行星际、磁层、电离层、热层和地球的物理状态。恶劣的空间天气包含稳定的高能粒子环境(如地球辐射带高能粒子环境)、突发性的高能粒子事件、扰动的地磁环境(地磁暴)、扰动的电离层环境 (电离层暴)、扰动的大气环境、以及空间碎片等;太阳活动是扰动的空间天气的源,而太阳造成恶劣空间天气的主要肇事者是太阳耀斑不口日冕物质抛射(简称CME), CME又称太阳风暴。
灾害性空间天气对人类活动的影响
剧烈的太阳活动(如耀斑和日冕物质抛射)有可能引起太阳高能粒子事件和强烈的地磁暴事件。高能质子和重粒子环境会使空间飞行卫星的控制系统出现紊乱、功能材料的性能出现下降并降低使用寿命、破坏太阳能电池原子阵列的排序、使太阳能电池的输出功率下降并缩短寿命,高能质子和重粒子环境的辐射严重威胁宇航员的安全。高能电子环境会引起卫星的表面充电和深层充电,同时也会产生辐射剂量,威胁宇航员的健康。太阳耀斑不仅可能会引起太阳高能粒子事件,还会引起电离层的突然骚扰,造成短波通讯的突然中断。在太阳活动的高年,经常会出现短波通讯突然中断的现象。空间碎片对在轨航天器的危害也是很大的,应该非常重视对其的研究和预防。一次强的太阳高能粒子事件有可能导致一颗或多颗卫星永久性的损坏。一次强烈的朝向地球的CME事件会引起太阳一行星际一磁层剧烈的扰动,如地磁暴,电离层暴等。强烈的地磁暴期间地球空间的磁场会出现很强的扰动,其后果是影响卫星的姿态。强烈的地磁暴期间会引起磁层内高能电子分布区域和强度出现大幅度的变化,部分区域的’高能质子环境也会出现变化,这些变化会加速卫星功能器件的破坏。强烈的地磁暴期间还会出现大量的粒子沉降,导致地球大气层大气急剧地膨胀,使低轨卫星在飞行过程中速度加速衰减,卫星飞行的轨道高度加速下降,下降到一定程度将会直接坠落大气层被烧毁,从而提前结束其寿命。大的地磁暴期间形成的空间—地面的电路系统对地面的电力设备构成严重威胁和地下管网(石油管道、地下电缆等)腐蚀加剧,从而对地面的技术系统构成严重的威胁。大地磁暴期间注入电离层的粒子会导致电离层暴,电离层暴期间会出现短波通讯较长时间的中断,通讯中断对人民正常的生活、海上通讯造成威胁,此外,磁暴期间空间目标和地面目标的定位不准,甚至出现跟踪目标丢失,因而对国家安全构成严重的威胁。在卫星系统的故障中,大约40%的故障是由空间天气引起的。
1989年3月13~14日出现了一次非常巨大的磁暴,这次磁暴造成加拿大魁北克省大停电,当天北美共30多条线路跳闸,1分钟内7台SVC(高压静止无功补偿成套(SVC)装置)先后跳闸,破坏使5条线路先后跳闸,十几秒内系统瓦解。损失 19400MW(兆瓦)发电负荷,1325MW外送负荷;恢复用时9个多小时;600多万人受到停电影响。在这次磁暴期间,美国空军跟踪的5000多个目标丢失。