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香港輕新聞特約編輯,軍武 / 科普愛好者
於美國印第安納州布雷明頓市拍得的極光照片。(Image credit: Future/ Josh Diner)
本星期又出現了新的太陽風暴,而且由10月10日延續至11日,昨晚(10月11日)的規模更是遠超前一天。不過事實上引發這場持續兩天太陽風暴的磁暴級別,並未達到特別強烈的水平(分別為X1.8及X2.17),和上幾次其實差不多,只是在短時間內連結爆發兩次,擴散程度也相當大,才讓不單北京和紐約,北半球南至40度的地方都看得見極光。
最新一兩年大型磁暴除了貢獻很多美麗的極光照片外,由於沒有引發非常嚴重的通訊干擾與衛星損壞,似乎已經不是特別的新聞了,不過有一件事還是很多科普水平較高的同好牽在心頭的,那就是……太陽風暴會不會毀掉人類文明甚至地球生命?
這影片中世界末日的特效就算到今天都很壯觀,但……這種氣浪說是太陽變成超新星(這不可能的)或巨型隕石的衝擊波席捲地表,可能更為接近吧。(YOUTUBE截圖)
「爛片之王」尼古拉斯基治在十多年前,曾接拍一齣科幻荷理活電影就有拿過超級太陽風暴做末日主題,當中太陽爆發超級閃焰(一種最極端的太陽風暴)催毀地球大氣及燒炙地表的畫面相當震撼。雖然電影本身就有很濃厚宗教意味,而且也過於誇張,但也其實反映一些科學界人士對於太陽風暴的擔憂。
不過,過份誇大大型太陽風暴對人類社會的破壞性,似乎也不科學,卡寧頓事件前人類歷史上都遇過多次大型磁暴,甚至比卡寧頓更大的也並非沒有,例如776年「可能的」太陽風暴就大約是其兩倍,但未見到對人類生命或生態造成嚴重影響。即使是現代資訊科技社會,大型磁暴可能嚴重干擾以至破壞通訊,但直到現時,就算暴露在不弱於卡寧頓事件(如超新星爆發所帶來的極高能宇宙射線或幾次擦身而過的日冕物質拋射)的衝擊下,離地球較遠的同步衛星也未見大規模癱瘓。
2003年10月28日拍得的人類觀測史上最強太陽耀斑,以及類似大型耀斑的近距離照片,當中的等離子體流動的形狀,其實是凸出來的太陽局部地區超強磁場,不過這次「最強紀錄」相對於一般的超級閃焰,還相差3至4個數量級。(圖片來自NASA/SOHO)
至於卡寧頓級別的強烈太陽風暴(及其附帶的日冕物質拋射)可能會為地球帶來強烈的電磁脈衝,由於當年未有有效觀測與實驗手段,我們也不知能有多強,不過2003年高達X28級(後來有研究指可能達X45級,比卡寧頓事件估計值還稍高)的萬聖節太陽風暴,影響範圍也只是北歐地區比較嚴重,也可見破壞還是呈地域性且非不可回復,而且這類事件的高鋒期也很難超過12小時;即使參考諸如1989年或2003年的猛烈磁暴,強烈太陽風暴的預警時間約18小時至3日,相對還足夠,我們做好預警,為設施與重要數據造備份,且置於有較強保護如法拉弟電籠或埋在屏障足夠的地方(甚或暫時關掉),都可免得關鍵設施受重創,並能在災後短時間內讓備份運作,那仍可將傷害減至最低。
京都大學10年前對於太陽類型恒星的超級閃焰研究顯示,爆發閃焰的類太陽型恒星,爆發前後光度都有極為明顯的變化,通常由0.2%到2%以上,太陽上的猛烈風暴也遠遠達不到這種變光效果。比較合理的解釋是……太陽黑子非常巨大或非常多,這種活躍程度,200多年來的太陽觀測上也未見過。需要留意的是,圖上的變光周期其實是由高速自轉引起的,可見KIC6034120的自轉周期只有5日,相對而言太陽自轉周期是25日(由赤道計算)。(圖片來自連結1及連結2)
當然,天文學界也有所謂超級閃焰事件,「可能」接近電影中的破壞力,近代天文觀測史上就發現過至少接近400次類似太陽恒星的極強閃焰爆發(其中大部分都是克卜勒太空望遠鏡頭4年的數據中發現),其能量下限是大約卡寧頓事件的10倍,上限則達到10萬倍,扣除已知的特殊情況(例如非常年輕/活躍、非常年老、轉速高或可能有伴星 / 熱木星近距離嚴重干擾磁場環境等等),還有40次左右母星和太陽相似度高而沒有已知特殊原因的爆發。由比率推斷這類爆發可能是10000年一次左右。
近年紅矮星及其適居性研究也是天文學界顯學之一,由於紅矮星(尤其年輕的)的閃焰爆發相當頻繁,而其行星也會靠得很近,多在相當於水星軌道內側的距離,其極端閃焰應一早把行星大氣掃平。但近年有抽樣研究顯示,紅矮星的閃焰爆發都偏向於高緯度表面,亦即是說掃到「黃道面」上行星的機會小得多。這有可能為行星保持一個比較讓生物「適居」的環境。(圖片來自連結1及連結2)
其最嚴重的後果我們都只能由理論值推測,其下限值可能只和我們遇過的情況差不了多少,只出現更為強烈的極光,但更高的水平可能全球性的電力與電子系統損壞、強烈輻射破壞臭氧層、地面輻射水平突然提升,更極端情況下甚至可能是行星表面暫時升溫(這點似乎比較恐怖),情況「可能」類似伽瑪射線暴掃過地球。不過我們到現時為止都未有在地質學上發現地球發生過類似事件的證據就是。
更有甚者,地球的位置更是重要一環,即使太陽在長時間內爆發超級閃焰的機會不低,但閃焰的位置和出現機率、甚至乎噴射方向也是隨機的,例如在高緯度地區的爆發,就幾乎沒能對黃道面上的行星產生影響,或者只會被閃焰擴散的邊緣給掃到。若果地球位置「不對」(例如在背對地球的另一面爆發),甚至不能在地質史上留下任何紀錄。總之,人類自己的生態破壞或者小行星撞擊,其實都來得比這個更需要擔心就是。
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