北极光可能意味着我们依赖的基础设施会失去电力。1989年，加拿大魁北克地区经历了一场令人震惊的事件：太阳导致其电网瘫痪。这场由磁暴引发的停电使六百万人失去电力长达九小时。这被称为“太阳带来黑暗的一天”，是太阳活动对现代技术潜在影响和我们在主要太阳风暴来临时相对未做好准备的典型象征。太阳风暴是由磁重联引发的，这一过程是太阳的旋转使其磁场扭曲和缠结。随着太阳经历11年的周期，这些磁场的压力增加。最终，这些磁场会断裂并重新结合，从而使能量和等离子体从太阳表面爆发到太阳系中。虽然肉眼无法看到，但太阳风暴对地球的磁场有深刻的影响。虽然这一现象与极光有关，但也可能对我们的技术基础设施造成破坏。这些喷发引发三种类型的太阳风暴。太阳耀斑是强烈的光和辐射爆炸。其产生的能量相当于十亿颗氢弹，太阳耀斑以光速传播，在八分钟内打击地球的大气层。与此同时，辐射风暴是带电粒子的喷发，它们穿越太阳系，在半小时内到达地球。最大的日冕物质抛射（CME）是巨大的带电等离子体云。这些太阳事件中的每一个都可以扰乱地球的磁场，引发地磁风暴，威胁电网，干扰通信系统，甚至损坏全球互联网基础设施。太阳风暴到达地球后会发生什么？在深入了解太阳风暴如何影响技术之前，您首先需要了解地磁基本知识。一旦太阳风暴到达地球大气层的保护磁性区域，即磁层，其带电粒子会暂时改变地球大气的原子和磁性组成，扰乱其磁场、电流和等离子体。与太阳事件本身一样，这些扰动也可以分为三大类。例如，日冕物质抛射可以引发地磁风暴，使地磁感应电流（GIC）通过地球的磁场线向南极传播，超过地球的大气防御，干扰技术系统。强烈的太阳风也会产生地磁风暴。同样，辐射风暴会将高能带电质子粒子沿这些磁场线向下释放，迫使辐射进入地球大气层的低层。至于太阳耀斑，则可能会导致一种称为无线电黑暗的现象，通过电离过程，即带电粒子冲击大气，脱去大气分子的电子，从而改变无线电频率的传播轨迹。美国国家海洋和大气管理局将这三种太阳风暴按从一（轻微）到五（极端）的等级进行评估。尽管太阳活动较为常见，但绝大多数太阳风暴的记录都处于光谱的低端。例如，尽管在11年周期内轻微事件可能发生近3000次，但在这个期间我们可能会看到不到五次极端太阳风暴。然而，即便是记录中最大的风暴与历史上的前辈相比也显得微不足道。但我们会涉及到这些。现在，让我们集中关注哪些技术面临风险。电网 图源：Onurdongel/Getty Images 正如令人痛心的魁北克停电所证明的那样，强烈的太阳风暴可能会对世界的电网产生重大影响。当地磁感应电流击中电气基础设施时，它们可能会导致通过过热变压器、继电器和传感器导致停电。更换大量关键变压器既昂贵又困难，可能需要数年时间。地磁电流还可能超载并损坏电网系统的传输线路。我们管理电网的控制和保护基础设施也易受地磁电流的影响。随着时间的推移，这些风暴可能通过损坏电网的电气元件和绝缘材料，缩短电网的使用寿命，造成明显的磨损。并非所有电网都同样受到太阳风暴的威胁，多个环境因素决定了电网在太阳风暴中的脆弱程度。首先，地磁风暴具有地理偏见。由于风暴被吸引到地球的磁极，纬度是风险的最一致指标，北极地区会看到最强的磁扰动。例如，在2003年，瑞典的一部分电网便因一系列异常强烈的地磁活动而瘫痪。土壤电阻率