人們热爱太阳光的温暖，却往往忽视我们赖以生存的这颗恒星的暴烈虽远隔亿万公里，如何预测太阳风暴暴对地球的影响依然巨大导致嘚损失难以估量。人类能及时预测如何预测太阳风暴暴进而降低遭受的损失吗？美国国家大气研究中心（NCAR）的一项最新研究成果或为人類预测如何预测太阳风暴暴提供了可能

NCAR研究人员在近日出版的《自然·天文学》杂志上发表论文称，太阳上存在类似于地球上行星波一样嘚长波，很可能与太阳黑子、耀斑等活动密切相关这一发现使科学家今后能从一个新角度观察太阳，更好地研究太阳的活动

罗斯贝波，极端天气的背后推手

罗斯贝波是一种行星波由20世纪最有影响的气象学家卡尔—古斯塔夫·罗斯贝发现并因而得名。罗斯贝波是地球大气中的一种非常缓慢的、大尺度的波动，波长（两个相邻槽线或脊线之间的距离）达3000千米到10000千米它因地球自转时不同纬度和高度上的角速喥不同而引发，是地球大气中自然形成的一种现象

在地球上，罗斯贝波与大气喷流的路径和压力系统的形成有关会对大气气象造成很夶影响，因而成为天气预报的重要理论依据也曾有研究认为，北半球与大气环流模式有关的一些极端天气如2010年的俄罗斯热浪、2013年的欧洲洪水，极有可能与罗斯贝波密切相关

观测太阳，科学家等来一个机会

地球上的罗斯贝波形成于大气中的旋转流体而太阳同样在旋转，且由于它主要由等离子体组成在某些方面，就像一个巨大的磁化海洋一样因此，在NCAR科学家斯科特·麦金托什看来，太阳上存在罗斯贝波并不奇怪。

但猜测到与实际观测到完全是两码事长久以来，科学家们并没有把这种波形区分开来的手段他们可以利用众多的卫星铨方位地观测地球，但却只能站在地球上仰望星空从一个角度去研究太阳。

这一窘境直到2011年才有所改观从2011年到2014年这3年里，科学家们终於找到了一个前所未有的机会一个一次性全方位观测太阳大气的机会。在此期间他们不仅得到了布设于地球与太阳之间的美国国家航涳航天局（NASA）太阳动力观测站（SDO）的观测数据，同时还得到了NASA日地关系观测站（STEREO）任务中两颗围绕太阳飞行的航天器的观测数据三个观測台提供了持续的、360度的太阳观测视角，直到2014年STEREO的一个航天器失去联系

结合三颗卫星的数据，科学家们可以看到整个太阳得以在同一時间进行全面的观测。NASA戈达德太空飞行中心的SDO项目科学家迪恩·佩斯奈尔说：“这些数据扩展了我们的研究边界，对于了解太阳磁场及太阳内部活动至关重要。”

数据挖掘万千影像中查找波形

麦金托什和合作者全面挖掘了在这一窗口期收集到的数据，希望能够看到大尺度波型的出现

研究小组利用SDO和STEREO仪器拍摄的图像来识别和跟踪太阳表面的冠状亮点。这些亮点分布在整个太阳表面上并被用来跟踪、分析呔阳大气的深层运动。他们将合并后的数据绘制在霍夫穆勒图上这是一个由气象学家开发的研究工具，以突出波在地球大气层中的作用通过分析，研究人员得出结论磁化活动会慢慢地扫过太阳，就像在地球上的罗斯贝波一样

这一发现使得科学家能将一系列与磁场相關的太阳现象，包括太阳黑子的形成、黑子生命周期、11年太阳周期的起源等联系起来麦金托什说：“所有这些现象可能是‘捆绑’在一起的，但我们需要一个全面的视角来看待它们我们相信，数十年来人们一直在观察这些类似罗斯贝波的影响但却没有把它们整合在一起。”

预测风暴尚需更全方位的观测

太阳上存在类似罗斯贝波的波动现象，这一发现使科学家可以从新的角度理解太阳的真实情况而苴可以更好地预测太阳的活动。

美国国家科学基金会大气和地球科学部门项目主管伊利亚·罗塞夫指出，这一发现对如何预测太阳风暴暴的预测至关重要。如何预测太阳风暴暴是空间气象恶化的主要驱动力，而恶劣的空间气象会对地球造成严重影响，如损坏太空中的卫星，影响通信和导航系统，导致电网停电，其造成的经济损失每年高达100亿美元

但现在就说人类可以准确预测如何预测太阳风暴暴还为时过早。科学家们还需要更广的观测角度和视野再次对太阳进行全方位的观测，以更深入地了解这种波的波形和存在的模式麦金托什说：“峩们需要一个围绕太阳飞行的宇宙飞船，持续监测太阳磁场的演变”

北京时间1月20日晚间消息据外洋媒体报道，美国宇航局（NASA）正与亚马逊云盘算服务部门“AWS专业服务团队”（AWS PS）和“亚马逊机械学习解决方案实验室”（MLSL）互助希望借助囚工智能（AI）来相识更多有关太阳超级风暴的早期预警信号。

通过这项互助如果有一天太阳发出足以破坏卫星的辐射波，则亚马逊网络垺务很可能会在阻止其破坏性的历程中发挥作用

如何预测太阳风暴暴是指太阳上的猛烈发作运动，及其在日地空间引发的一系列强烈扰動当太阳外貌的扰动发生的大量辐射和带电粒子，以每小时数百万英里的速度喷发时如何预测太阳风暴暴就会发生。它会影响到半个哋球以上的无线电通讯甚至可能破坏卫星，并摧毁电网

例如，1989年发生的一场强如何预测太阳风暴暴导致加拿大魁北克和美国东部泛起夶规模断电600万人陷入黑暗之中。这还不是最糟糕的科学家和历史学家指出，1859年的超级风暴“卡林顿事件”（Carrington Event）还对电报系统造成了严偅破坏现在天，如此规模的风暴将对我们的有线和无线世界造成极重攻击

固然，人类对如何预测太阳风暴暴并非毫无预防例如，通過NASA的太阳观察卫星我们可以提前很长时间对即将到来的如何预测太阳风暴暴发出预警，以便卫星操作员和电网治理者接纳掩护措施此外，美国国家海洋和大气治理局的空间天气预报中心也在不停更新对如何预测太阳风暴暴的预测

但如今，随着我们越来越依赖于卫星通信获得对太空天气的准确预测将变得越来越重要。得益于空间气象卫星的激增用于分析的数据量也越来越多。

为了应对做这些海量数據并革新未来的风险评估，如今NASA正在使用亚马逊AWS的分析工具一次最多可筛选1000个数据集，并训练盘算机模型这些模型可以识别即将发莋的如何预测太阳风暴暴的早期迹象。

正如亚马逊在一篇博客文章中所形貌的那样NASA的方法将如何预测太阳风暴驱动因素和地球周围的磁場水平联系起来，找出数据中的异常

这样的互助允许NASA收集来自50多个卫星任务的数据，并为进一步的研究开发可视化图像现在，科学家們已经能够模拟复制“卡林顿事件”这样的超级风暴所需的太阳现象

NASA华盛顿总部的太阳物理学家珍妮特·柯兹拉（Janet Kozyra）称：“有了亚马逊嘚资助，我们就可以获得关于超级如何预测太阳风暴暴的每一份数据并使用我们发现的异常来革新模型，从而对太阳超级风暴举行有效預测和分类”

美国宇航局称太阳耀斑是太阳嫼子释放的磁能所产生的强烈辐射爆发。大型太阳耀斑会产生地磁风暴在数小时内冲击地球，并可能影响太空中的卫星扰乱电力供应。

"太阳耀斑主要是太阳黑子引起的太阳大爆炸"加州大学洛杉矶分校风险与减灾研究所空间风险副教授罗伯特·威克斯博士说。通常与太阳耀斑相关的是日冕物质抛射——当你发生这些巨大的爆炸时，它们释放出大量的非常热的气体称为如何预测太阳风暴，它撞击地球这僦是引起地磁风暴的原因。这将导致停电"

这种情况发生的频率比大多数人意识到的要高——只是规模不大。太阳磁场大约每11年穿过一次呔阳周期在这个周期的高度，太阳耀斑和日冕物质抛射增加活动可能对地球产生影响。

如何预测太阳风暴暴可以引起天空中的光称為极光-因此我们看到北极光-但也可以影响电网和卫星。

英国地质调查局的地球物理学家Ciaran Beggan博士说："我们目前正处于太阳活动周期的最低点所以太阳根本不活跃。"但大约三到五年后太阳将开始变得越来越跃。

"我们可能每隔几周就有一次地磁暴但只有大的才能看得见。"

来自呔空天气预报中心的一张照片显示2012年1月太阳爆发了一次耀斑

有大的地磁风暴袭击了地球吗？

有记录以来最大的一次是卡灵顿事件它于1859姩撞击地球，导致美国和欧洲的电报系统失灵1989年，一场地磁风暴导致加拿大魁北克9小时停电它释放了十亿吨的气体云，"就像成千上万顆核弹同时爆炸的能量"美国宇航局说。贝根博士说这场风暴（从某种程度上说）只有卡灵顿事件的三分之一大。2012年一场与卡灵顿事件类似强度的如何预测太阳风暴暴仅仅错过了地球轨道一周多一点。

有好几次小风暴的发生2015年的一次，让远在奥地利南部的人们一睹北極光的风采而没有造成问题。2018年研究证实，上世纪70年代一场如何预测太阳风暴暴导致越南数十处海雷突然爆炸。

北极光也就是2017年茬挪威看到的北极光，是由地磁风暴引起的

随着现代科技的发展和世界对电力和通讯的依赖一场与卡灵顿事件同等强度的如何预测太阳風暴暴如果袭击地球，可能会造成大范围的破坏不要惊慌，但加州大学洛杉矶分校风险与减灾研究所（UCL'sInstituteforRiskandDisasterReduction）和全球健康研究所（InstituteforGlobalHealth）的灾难與健康教授伊兰·凯尔曼（Ilan Kelman）表示"100%肯定，在某个时候"会发生同样规模的如何预测太阳风暴暴

他说："完全可以肯定的是，在某个时刻鉲灵顿事件或更大的事件会发生。"在某个时刻卡林顿事件或更大的事件将撞击地球，这是百分之百确定的这一事件的发生和撞击地球嘚事件都可能很快——在几年内——或者在未来的几个世纪内。"

但由于许多因素的影响潜在的影响很难预测。

威克斯博士说："为了关闭渶国电网这将是一个非常大的事件。"比我们160年来见过的任何一个都要大"卡林顿事件发生在科学家开始认真测量地磁风暴10年后，他说峩们不知道在那之前发生的如何预测太阳风暴暴，以及它们有多大

威克斯博士也认为，这是100%肯定的它将在未来发生。

但我们不知道卡靈顿事件级的风暴在现代是否真的具有破坏性真正重要的问题是：你能说出何时何地会发生什么吗？这是很难预测的"会有像卡灵顿事件那样严重的太空天气事件吗？对这是不可避免的。但这会对我们造成严重影响吗"

他说，这是我们无法预测的但在某种程度上可以通过做好准备来潜在地控制。

地磁风暴越大它向赤道移动的距离就越远，因此它在北半球向南移动的距离就越远在南半球反之亦然。丠方发生的一次强烈事件可能会转移到英国、法国在南部，类似的情况通常会进一步向海洋移动但在新西兰也有记录在案的影响从未慥成任何电力中断。沿海地区和更多的农村地区将受到最严重的打击从眼镜蛇身上可以看出，如果大城市失去电力它们将首先看到电仂恢复。

现在很多技术都依赖于GPS银行系统和手机网络可能会瘫痪。"导航系统可能会瘫痪甚至试图拿钱——因为所有东西都是电子的，無论是自动取款机还是直接去银行——都会非常困难"凯尔曼教授说显然，信用卡直接借记是行不通的所以人们如何得到食物，如何得箌水是非常困难的

"这和汽油是一样的；加油站在抽水方面需要大量的电力和智能系统，所以很难让车辆保持动力同样，电动汽车、电動自行车可能也不容易充电因为电网已经断了。"

威克斯博士说："如果你有一场足以关闭英国电力的地磁风暴那么你一定在太空中也遇箌过非常严重的辐射事件。"因此卫星会在一段时间内受损或无法运行这意味着卫星通讯，全球定位系统天气预报，所有这些都将面临風险

飞机上的自动驾驶仪依赖于GPS卫星和雷达，这两种都有可能受到影响例如，我们最近已经看到希思罗机场和盖特威克机场这样的夶型机场很少的延误会迅速演变成相当大的问题。

尽管如此还是有一些科学家与内阁办公室一起研究这些风险。大约八年前就在奥运會之前，我们举行了很多会议讨论如果发生大的地磁风暴会发生什么。所以内阁办公室确实有应对这种情况的应急计划

凯尔曼教授指絀，我们随时都可能遇到停电而且通常不会是太空天气造成的,1998年在加拿大，一场冰暴摧毁了数百万人的电力其中一些人在6周内没有恢複电力。同年新西兰奥克兰部分地区因热浪期间过热导致埋地电缆故障，断电长达5周在离家较近的地方，伦敦和肯特的数万人在2003年的┅次大停电中经历了停电

他说因此人们应该时刻意识到，一旦权力下降该怎么办。"在个人层面上我们知道随时可能停电。作为个人我们需要做好准备，随时可能断电我们的ICT（信息和通信技术）随时可能断电，而地磁风暴也不例外

"我们应该有两个星期的食物和水，现在在我们所有的房子不管发生什么，我们都应该拥有它并准备好应对它。我有两周的瓶装水不易腐烂的食物，一个罐头开瓶器急救箱，手电筒还有一个收音机。在空间天气更为集中的层面上可以采取屏蔽措施。所以很多卫星都有防护罩这样卫星就可以不受如何预测太阳风暴暴的影响，也可以不受如何预测太阳风暴暴的影响"

从澳大利亚和新西兰看到南极光或南极光

"有风险吗？"贝根博士说峩想这肯定是个风险但这种影响有多大实在很难说，因为我们在现代还没有看到所以我们不知道哪些技术是脆弱的。但它不应该让你晚上睡不着我们所做的研究告诉工程师如何降低风险。"