美国科学院曾在2008年发布了一份研究报告《灾害性空间天气事件对经济和社会的影响》，分析评估了超级太阳风暴如果发生，可能给当今社会和经济带来的巨大影响。随着第24太阳活动周接近尾声，大的太阳爆发活动已是难得一见，整个活动周虽然也有几次引人注目的空间天气事件，但都算不上是超级太阳风暴。正因为如此，很多人认为太阳活动远没有我们所说的那么剧烈，所谓的超级太阳风暴，似乎是科学家们在危言耸听。其实不然，当我们回首看太阳在这一活动周的表现，蓦然发现，太阳曾经有过很强烈的爆发，只是地球比较幸运，与超级风暴擦肩而过……
超级风暴的源区：AR1520
2012年7月7日，太阳日面东边缘出现了一个复杂的活动区1520（简称AR1520），它一出现，面积就达到510个面积单位，磁类型也较为复杂。一天后，它的面积增加1倍，两天后，磁类型变得更加复杂。但是，在接下来的几天里，这个“大个子”一直比较平静，并没有如我们预计的那样活跃。直到7月12日，AR1520终于爆发了一个X1.4级大耀斑，并伴随有日冕物质抛射和质子事件发生，随后引起小到中等地磁暴；7月17日，在接近日面西侧，AR1520又爆发了一次 CME 和中等质子事件，但由于 CME 偏离地球，引起的地磁效应很弱。总的来说，AR1520在被地球观测到的期间，两次爆发事件强度都不大，还称不上强太阳风暴。
图1 2012年7月12日1520活动区黑子（左）和磁场（右）观测图 （图片来自美国SDO卫星图片）
图2 2012年7月１2日－23日期间AR1520爆发情况
然而，在转出日面后，AR1520似乎蓄积了足够的能量需要爆发。23日，SOHO 卫星观测到极强的 CME 爆发事件，经过分析，这次大的 CME 事件正是来自于转出日面的 AR1520。从双子星座 STEREO A 和 B 的位置及其观测，也证实这次爆发是背离地球的。遗憾的是，在太阳的背面我们没有黑子和耀斑的观测，所以也不知道这时 AR1520 的面积和磁场情况。不过，有一个间接的证据说明这次爆发的强度，那就是即使在地球这一侧，也观测到少量偏转过来的高能粒子，看到小的质子事件的发生（图2）。
图3 2012年7月23日 SOHO卫星、STERREO B和 STERREO A卫星观测到的超强爆发（图片来自NASA网站）
与卡林顿事件可比拟的超级风暴：
图4 WSA-ENLIL 模式对 CME 的模拟（图片来自 NASA 网站）
那么，我们为什么说活动区1520在2012年7月23日爆发的就是超级风暴呢？科学家们进行了细致的分析。首先，利用 SOHO 卫星、STEREO A 和 STEREO B 三颗卫星在不同位置对 CME 的观测，利用太阳-日冕-行星际数值模式，可以模拟出 CME 的三维图像，从而可以估算出 CME 最初的速度大约是2500km/s左右。这次 CME 爆发正对着 STEREO A 卫星，19小时后，STEREO A 观测到太阳风速度的急剧上升和行星际磁场的剧烈扰动。科学家们又根据地磁暴的预报模式，进行合理的假设，预测这次 CME 若正对地球，引起的地磁扰动级别将是20世纪以来最大的，地磁 Dst 指数将达到-1182nT。纵观历史上的强太阳风暴事件，也只有1859年发生的卡林顿事件可以与之比拟。1859年，英国一位叫卡林顿的天文爱好者，发现太阳上出现两道极其明亮的白光，之后观测到地磁发生强烈的扰动，这次事件被认为是历史上有观测以来最强的一次超级太阳风暴。
图5 太阳风参数和预测的 Dst 指数 (图片来自Baker.etal)
图6 卡林顿事件（红）与十大空间灾害事件 Dst 对比图
幸运躲过超强风暴侵袭的地球
经过上面的分析，我们会发现，若7月23日的爆发提前一周甚至更早发生，地球将会经历罕见的超级太阳风暴的侵袭。而如今人类依赖的技术系统，远比1859年的电报系统更多地受到太阳风暴的影响：电力可能中断、卫星可能遭受严重的辐射效应、低轨卫星轨道可能下降严重、通信和导航将会受阻等等。幸运的是，AR1520面对地球时还算温和，等到离开我们的视线，才大发“脾气”，爆发的超强高速等离子体流喷向远离地球的行星际空间，没有给人类社会带来重要的影响。
2012年太阳背面的超级太阳风暴说明，即使在比较弱的太阳活动周，也会有强的爆发发生。我们不能因为地球没有遭遇到超强太阳风暴的影响，就忽视对太阳风暴的预测和防护。关于太阳爆发和空间天气的影响，人类未知的还很多，探索的脚步不应停歇。
閱讀更多 中科院之聲 的文章
