内容摘要：日冕物質拋射從太陽向地球噴出的插圖（圖片來源：uux.cn/蓋蒂圖片社）（神秘的地球uux.cn）據美國生活科學網站（CharlesQ.Choi）：1859年，英國天文學家理查德·卡靈頓在太陽表麵看到

日冕物質拋射從太陽向地球噴出的插圖（圖片來源：uux.cn/蓋蒂圖片社）
（神秘的地球uux.cn）據美國生活科學網站（Charles Q.Choi）：1859年，英國天文學家理查德·卡靈頓在太陽表麵看到了一道白光。這就是科學家們現在所說的卡靈頓事件，它是有記錄以來最大的太陽風暴。它與非同尋常的極光——北極光和南光——有關，這些極光在兩極和赤道附近的天空中隨處可見，從加拿大到澳大利亞隨處可見。巨大的太陽爆發也造成了從巴黎到波士頓的電力中斷。
雖然卡靈頓事件看起來像是曆史，但在人類更加依賴電力的情況下，如果像卡靈頓事件這樣強大甚至比卡靈頓事件更強大的事件今天襲擊地球，會發生什麽，人們對此有很多擔憂。
1859年卡靈頓事件
1859年9月2日星期四上午11點18分左右，在倫敦郊外的雷德希爾鎮，卡靈頓正在調查太陽上的一組被稱為太陽黑子的黑點，他發現了他後來所說的“持續約五分鍾的奇異光爆發”
根據《空間研究進展》雜誌2016年的一項研究，這是有史以來第一次看到和報道的太陽耀斑。
倫敦邱天文台的磁傳感器在當年8月28日至9月7日期間，特別是在8月28和9月2日，探測到了地球上異常的磁擾動。2016年的研究指出，這與過去160年來可能最強烈的極光相吻合。
1859年9月6日，《倫敦時報》報道稱：“明亮的波浪接連快速卷起，一直卷到頂峰，有些光芒足以在地麵上投下可察覺的陰影。”。
1859年《西部周報》的一篇報道稱，這些五顏六色的展品非常明亮，密蘇裏州的人們可以在午夜後通過大氣中的光線閱讀。據美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）稱，當地時間淩晨1點，落基山脈的金礦工人醒來後，以為太陽是在多雲的早晨升起的，於是就煮了咖啡、培根和雞蛋。

以下是紅色極光的樣子。（圖片來源：插圖：uux.cn/Space.com；Aurora：Nora Carol/Getty）
北極光和南光通常出現在地球的兩極附近。然而，2016年的研究指出，在卡靈頓事件期間，人們在熱帶地區目睹了極光，包括古巴、牙買加和巴拿馬。
極光也出現在南半球。例如，根據《莫爾頓灣信使報》1859年9月7日的一篇報道，2016年的研究指出，在澳大利亞的莫爾頓灣，“我們的大多數讀者上周看到了三個晚上，從日落後開始，用一種華麗的紅色照亮了天空，那就是南方極光”。
與此同時，據《華盛頓星報》1859年報道，電報線路經曆了“最令人震驚和奇異的電氣現象之一”，當時“空氣中的過量電力”使電報機能夠在沒有電池的情況下從紐約向匹茲堡發送信息。
1859年9月24日，《倫敦畫報》（the Illustrated London News）的一篇報道稱，巴黎的電報機冒出火花。據《紐約時報》（the New York Times）9月5日報道，華盛頓特區的電報員弗雷德裏克·羅伊斯（Frederick Royce）報告稱，他收到了“一次非常嚴重的電擊，讓我瞬間震驚”。“一位老人坐在我對麵，離我幾英尺遠，他說他看到一團火從我的額頭上跳了下來。”
根據2016年的研究，總而言之，卡靈頓事件影響了美國近一半的電報站。
卡靈頓事件的起因是什麽？
據美國國家航空航天局稱，太陽耀斑是太陽係中最大的爆炸事件，是與太陽黑子相關的等離子體和輻射的強烈爆發。蘇格蘭格拉斯哥大學的太陽物理學家休·哈德森在2021年發表在《天文學和天體物理學年度評論》雜誌上的一項研究中寫道，當我們恒星上積累的磁能突然釋放時，太陽就會釋放太陽耀斑。
太陽耀斑通常伴隨著太陽物質的巨大氣泡的釋放，稱為日冕物質拋射（CME）。美國國家航空航天局指出，這些噴發可能含有數十億噸的等離子體——帶電粒子雲——可以以每小時數百萬英裏的速度噴出。
哈德遜2021年的研究估計，卡靈頓耀斑的輻射可能攜帶約4 X 10^32 ergs的能量，約相當於100億枚100萬噸核彈。他還估計，該事件的日冕物質拋射可能攜帶約3 X 10^32 ergs的動能。
哈德森在他的研究中指出，卡靈頓事件在地球上引發了地磁風暴。
這次爆炸很可能噴出了一股日冕物質拋射，以高速的超高溫等離子體雲的陣風摧毀了我們的星球，等離子體雲中嵌入了強烈的磁場。當這種爆發衝擊到地球的磁層（地球周圍的一個外殼，容納著被地球磁場捕獲的等離子體）時，這種等離子體可以沿著地球的磁力線流動，並衝擊到地球大氣層中的分子中，從而產生極光。

1991年5月，發現號航天飛機（STS-39）在最後一次地磁最大值的峰值拍攝的這張澳大利亞極光照片中，紅色和綠色占主導地位。在太陽活動高峰期，會有更多的地磁暴，這會增加地球上和宇航員從軌道上觀察到的極光活動。（圖片來源：uux.cn/美國國家航空航天局）
據美國國家海洋和大氣管理局稱，太陽耀斑也會在磁層引發強烈的電流。這些電流反過來可能會在地球上的地麵上產生磁幹擾，從而在長距離的導電材料中產生電流，如電力線、電信電纜和管道。
地磁風暴有可能對地球造成嚴重破壞。據美國國家航空航天局稱，1989年，一場地磁風暴在90秒內使整個加拿大魁北克省停電，600萬客戶在黑暗中度過了9個小時。它還損壞了遠在新澤西州的變壓器，包括一座核電站的變壓器，並幾乎摧毀了從東海岸到太平洋西北部的美國電網。
美國國家海洋和大氣管理局指出，地磁風暴還可以通過改變無線電信號的路徑來扭曲大氣層，從而擾亂無線電通信和全球定位係統導航。例如，根據美國國土安全部2011年的一項研究，2003年的萬聖節風暴使美國聯邦航空管理局在大約30個小時內無法提供GPS導航指導。
NOAA表示，太陽等離子體還可以加熱地球的上層大氣，使其膨脹，並可能拖累近地軌道上的衛星。
今天卡靈頓的活動會做什麽？
與卡靈頓事件發生時相比，世界對電力的依賴程度要高得多。如果一個指向地球的類似強大的太陽耀斑——而不是遠離我們的星球，在那裏它不會對我們的世界產生任何直接後果——現在爆炸，它可能會造成前所未有的破壞。
例如，英國保險巨頭倫敦勞埃德保險公司2013年的一項研究估計，僅卡靈頓級別的事件導致的停電就可能導致北美電力行業高達2.6萬億美元的收入損失。該研究還發現，可能會發生長達數年的全球停電，因為這樣的事件可能會同時損壞多個難以更換的超高壓變壓器。這反過來可能會對金融市場、銀行、電信、商業交易、急救和醫院服務、供水、燃料和食品運輸造成重大幹擾。
同樣，《太空天氣》雜誌2017年的一項研究發現，在影響66%美國人口的最極端停電情況下，每天的國內經濟損失可能總計415億美元，再加上國際供應鏈中斷造成的70億美元額外損失。相比之下，如果它隻影響到占美國人口8%的極北部各州，每天的經濟損失可能達到62億美元，再加上8億美元的國際供應鏈損失。（該研究使用2011年的美元計算。）
然而，盡管卡靈頓事件很有影響力，“從那時起，我們就看到了類似的事件，”哈德森在一封電子郵件中告訴《現場科學》。例如，2003年的兩次所謂萬聖節太陽耀斑可能各自發射的輻射能量與卡靈頓事件相當。

今天的卡靈頓級別的賽事可能會導致全球停電，這種情況可能會持續數年。（圖片來源：uux.cn/Imgorthand通過蓋蒂圖片社）
因此，哈德森認為，像卡靈頓事件這樣的太陽耀斑可能不會像一些人擔心的那樣對人類構成巨大威脅。盡管如此，今天針對地球的卡靈頓事件“將產生重大影響，主要是對人類在太空中的活動。”哈德森說：“我們對此類事件沒有太多實踐，因為太空資產還沒有暴露在如此規模的事件中。”事實上，阿波羅宇航員在太陽活動中進行了月球旅行——“規模較小，但對太空中未受保護的人類來說仍然非常危險，”哈德森指出。
此外，有證據表明，太陽可能有能力釋放出比卡靈頓事件10倍或更多的能量。例如，在《天體物理雜誌》2021年的一項研究中，科學家們使用美國國家航空航天局現已退役的開普勒太空望遠鏡發現，在四年的時間裏，15顆類太陽恒星釋放了26顆超級巨星，其衝擊力是卡靈頓事件的100倍。《天體物理雜誌》2020年的一項研究在美國國家航空航天局正在進行的TESS任務的第一年發現了類似的結果。
此外，分析樹木年輪的科學家從太陽爆炸中發現了放射性碳-14原子的證據，這些原子核中的中子比普通碳原子多兩個。哈德森說，公元前660年、公元774年和公元994年出現的碳-14峰值可能來自比卡靈頓事件強得多的超級巨星。
哈德森在電子郵件中說：“值得注意的是，即使是卡靈頓事件，或者相當大的正常事件，也無法通過碳-14技術檢測到。”。“所以這些古老的記錄是不祥的。”
下一場卡靈頓事件什麽時候發生？
2024年2月29日發表在《太空天氣》雜誌上的一項研究通過查看1859年磁場記錄的數字化副本來估計卡靈頓事件的強度。根據讀數，研究人員得出結論，卡靈頓級事件可能每100至1000年發生一次。然而，在不知道這一事件的確切威力的情況下，科學家們隻能對此類太陽爆發的常見程度進行有根據的猜測。
《2021天體物理雜誌》分析開普勒數據的研究表明，大約每3000年可能發生一次能量比卡靈頓事件高10倍的超級巨星，大約每6000年可能發生100倍的超級新星。哈德森說，盡管如此，我們的太陽，特別是釋放類似卡靈頓或更強大的耀斑的速度“還不太清楚”。
他指出，當談到可以釋放樹木年輪中碳-14原子主要峰值的太陽爆炸時，科學家們現在知道至少有六個“散布在全新世，一萬年的時間尺度上”。然而，“我們不知道這些與卡靈頓等正常的太陽噴發事件有何聯係，在我們了解之前，恐怕所有的賭注都會落空。”