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卡林顿级事件如果再次发生将导致数百万人死亡，并造成数万亿美元的损失。可悲的是，这甚至不是最坏的情况。
太阳耀斑将物质从我们的太阳中喷射出来并进入太阳系，这是一个相对典型的事件。然而，一次大强度的高能耀斑或日冕物质抛射可能会对我们的电气和电子基础设施造成大量破坏，造成数万亿美元的损失，并可能导致数百万人死亡和流离失所。
关键要点
- 1859 年，有史以来最强大的地磁风暴发生在地球上：由大约 17 小时前发生的强大太阳耀斑引发。
- 虽然没有生物直接受到伤害，但各种带电设备，包括电线和电线，都经历了电涌并发生火灾。
- 今天，类似的耀斑将是一场价值数万亿美元的灾难，并可能因缺乏热量、电力和食物/水而导致数百万人死亡。但这还不是最坏的情况。
正文:
当我们想到宇宙对地球造成严重破坏的方式时，我们往往会想到地球过去可能发生和并且已经发生的一些更直接的灾难。比如说小行星和彗星的撞击造成了破坏和大规模灭绝，我们可以肯定还有更多的撞击正在发生；附近的恒星灾难，如超新星和潮汐瓦解事件，可能会辐射甚至消毒我们的星球；流浪黑洞也是一种存在的危险，因为这种“怪物”可能会在没有警告的情况下吞噬我们的星球。
但是，尽管太阳稳定而缓慢地演化，但它可能会给我们带来不受欢迎的惊喜：以太阳耀斑或日冕物质抛射的形式出现。面对太阳耀斑我们有多危险？或者说我应该如何应对另一个卡林顿级事件？
每天都有更糟糕的事情需要担心。但在接下来的几年和几十年里，不仅灾难性太空天气事件的直接打击是不可避免的，而且类似卡林顿的事件甚至都不是最坏的情况。这是每个人都应该知道的。
当来自太阳的高能带电粒子与地球相互作用时，地球磁场倾向于将这些粒子集中到地球两极周围。这些太阳粒子与高层大气之间的相互作用通常会导致极光显示，但也不能忽视严重改变地球表面磁场和感应电流的可能性。
早在 1859 年，太阳天文学还是一门非常简单的科学。除了我们自伽利略时代以来一直在做的事情，即创建太阳的投影或通过放置在望远镜外透镜上的暗滤镜观察它——这能让我们能够观察、计数和跟踪太阳黑子之外，人们对太阳知之甚少。我们知道它是我们星球的主要能源，但我们不知道为它提供动力的核聚变过程，我们也不了解它的内部和表面之间的相互作用、它的磁场的力量，或者有多少能量可以被从其光球层边缘的冕环和日珥中释放出来。
1859 年，当太阳天文学家 理查德卡林顿 正在追踪一个特别大的不规则太阳黑子时，情况发生了巨大变化。突然，一道“白光耀斑”出现，亮度空前，持续时间约五分钟。大约 18 小时后，地球上发生了有史以来最大的地磁风暴。极光在世界范围内可见，包括在赤道。矿工半夜醒来，以为天亮了。报纸可以在极光下阅读。令人不安的是，电报系统开始产生火花并引发火灾，尽管它们已完全断开连接。
来自我们太阳的太阳耀斑将物质从我们的母星中喷射出来并进入太阳系，可以触发像日冕物质抛射这样的事件。虽然粒子通常需要大约 3 天才能到达，但最具能量的事件可以在 24 小时内到达地球，并对我们的电子和电气基础设施造成最大的破坏。
事实证明，那次事件是对我们现在所知的太阳耀斑的首次观测。如果今天地球上发生类似 1859 年卡林顿事件的事件 ，那么将导致数万亿美元的灾难。这种太阳耀斑是由发生在太阳最外层的过程引起的，即使在当时的日全食期间也能看到。当我们用现代技术检查它们时，包括在光天化日之下使用日冕仪，我们发现它们有环状物、卷须状物，甚至是热电离等离子体流：原子太热以至于它们的电子被剥离，只留下裸露的原子核.
这些纤细的特征来自太阳的磁场，因为这些带电的热粒子沿着太阳不同区域之间的磁场线移动。这与地球磁场非常不同。虽然我们被地球金属核心中产生的磁场所支配，但太阳的磁场恰好在地表下方产生。这意味着线路混乱地进入和离开太阳，强磁场周期性地循环、分裂和重新连接。当这些磁重联事件发生时，它们不仅会导致太阳附近磁场强度和方向的快速变化，还会导致带电粒子的快速加速。这可能导致太阳耀斑的发射，以及如果涉及到太阳的日冕日冕物质抛射。
太阳日冕环，例如 2005 年美国宇航局过渡区和日冕探测器 (TRACE) 卫星在这里观测到的日冕环，遵循太阳磁场的路径。当这些环以正确的方式“破裂”时，它们会发射日冕物质抛射，这有可能影响地球和月球。虽然很难检测到，但日冕并没有突然结束，而是延伸到整个太阳系，包括地球轨道之外。
太阳耀斑和日冕物质抛射由来自太阳的快速移动的带电粒子组成：主要是质子和其他原子核。正常情况下，太阳不断地散发出这些粒子流，称为太阳风。然而，这些太空天气事件—以太阳耀斑和日冕物质抛射的形式，这样不仅可以大大提高从太阳发出的带电粒子的密度，还可以提高它们的速度和能量。它们通常发生在赤道纬度附近，这意味着它们有拦截地球的风险。太阳每 25 天在其赤道自转一圈，而地球每约 365 天绕太阳公转一周。当耀斑或喷射与地球对齐时，我们的星球就处于危险之中。
鉴于我们现在拥有太阳监测卫星和天文台，它们是我们的第一道防线：在太空天气事件可能对我们构成威胁时提醒我们。当耀斑直接指向我们时，或者当日冕物质抛射出现“环形”时，就会发生这种情况，这意味着我们只能看到可能直接指向我们的事件的球形光晕。
从我们的角度来看，当日冕物质抛射似乎在各个方向上相对均匀地延伸时，这种现象被称为环状 CME，这表明它可能正朝着我们的星球前进。
大多数时候，太阳耀斑或日冕物质抛射被发射时，地球是安全的。这些事件中的大多数都错过了地球；大多数撞击地球的粒子都相对较弱且移动缓慢，除了温和的极光表演外，不会造成任何影响；大多数撞击地球的强者仍然不会对我们的文明造成任何损害。事实上，只有当三件事同时发生时，我们才会遇到麻烦：
- 发生的太空天气事件需要相对于我们自己的星球具有适当的磁对准才能穿透我们的磁层。如果校准偏离，地球磁场将无害地偏转大部分粒子，让其余粒子无所事事地创造一个几乎无害的极光显示。这种排列很少发生，现在可以用NSF 的 Daniel K. Inouye 太阳望远镜测量。
- 典型的太阳耀斑只发生在太阳的光球层，但与日冕相互作用的耀斑通常由日珥连接——会导致日冕物质抛射。如果日冕物质抛射直接指向地球，并且粒子快速移动，那么地球将面临最大的危险。
- 需要大量的电力基础设施，特别是大面积的线圈和线圈。早在 1859 年，电还是比较新奇和稀有的东西；今天，它是我们全球基础设施中无处不在的一部分。随着我们的电网变得更加互联和影响深远，我们的基础设施面临着来自这些太空天气事件的越来越大的威胁。
当您将磁铁移入（或移出）线圈或线圈时，它会导致导体周围的磁场发生变化，从而对带电粒子产生作用力并引发它们的运动，从而产生电流。如果磁铁静止而线圈移动，则现象非常不同，但产生的电流是相同的。在发生太空天气事件的情况下，改变线圈或线圈内的磁场会感应出电流，这可能会造成毁灭性的后果
只是自从我们现代的、电气化的和依赖电子的基础设施出现以来，太阳耀斑和日冕物质抛射才开始对人类构成威胁。生物有机体不受这些粒子的影响，感应磁场发生变化；我们将经历的最糟糕的情况是明亮的极光显示，这是由带电粒子汇集到我们的大气层引起的。但是今天，随着大量以电力为基础的基础设施覆盖我们的星球，危险非常非常真实。
问题来自电流流经的长电线、电线环路和线圈、变压器和类似的电气/电子基础设施。每当电流流动时，就会产生磁场；每当通过环路或线圈（或电线周围）的磁场发生变化时，它同样会感应出电流。这就是危险的来源：太空天气事件袭击地球，影响并改变我们星球表面的磁场，从而导致该电气/电子基础设施中的磁场发生变化，导致电荷流动并感应电流。重要的是，即使出现以下情况也会发生这种情况：
- 没有电池
- 没有电压源
- 即使电子设备完全拔掉
今天，通过发电站和变电站分配的大部分电力都是通过煤炭、石油、天然气、太阳能、风能或水力发电产生的。未来，核聚变工厂几乎可以以安全可靠的方式取代所有这些。
这就是太空天气对地球上的我们如此危险的原因：不是因为它对人类构成直接威胁，而是因为它会导致大量电流流过连接我们基础设施的电线。这可能导致：
- 电热裤
- 火灾
- 爆炸
- 停电和停电
- 通信基础设施的损失
以及作为这种中断的下游后果将导致的许多其他损害。消费电子产品不是主要问题；如果您知道太阳风暴即将来临并且您拔掉了家中所有设备的插头，那么您的大部分设备都是安全的。主要问题是为大规模生产和输电建立的基础设施；将会出现无法控制的电涌，这些电涌会摧毁发电站和变电站，并将过多的电流泵入城市和建筑物。
2013 年，当我们的基础设施比现在还要原始九年时，一份前沿报告考虑了如果发生类似卡林顿的事件，仅北美电网会发生什么情况。他们的结论是，仅在北美大陆，造成的损失估计将达到 2.6 万亿美元。鉴于地基和天基基础设施的增加（我们稍后会谈到后一部分）以及这些事件具有全球影响的事实，现代卡林顿类事件可能成为人类第一个代价高昂的自然灾害以及超过 14 位数（10 万亿美元）门槛的后果。
当带电粒子从太阳发射到地球时，它们会被地球磁场弯曲。然而，这些粒子中的一些并没有被转移走，而是沿着地球的两极向下汇集，在那里它们可以与大气碰撞并产生极光。最大的事件是由太阳上的 CME 驱动的，但只有当从太阳射出的粒子具有与地球磁场反对齐的正确磁场分量时，才会在地球上引起壮观的显示。
会发出快速的太阳耀斑或日冕物质抛射，我们要么没有收到预警，要么忽略我们收到的任何警告。
带电粒子会到达——不是在 3 或 4 天内，这是典型的旅行时间——而是在 24 小时内：这是一次极端高能太空天气事件的证据。
它们会最大程度地与地球磁场反对齐，从而使它们像雨点一样落在地球上，渗透到我们的磁层中，并彻底改变我们的地表磁场。
极光将非常强大，出现在全球范围内，昼夜不停，跨越所有纬度。
它们会在我们的电网中感应出电流，导致巨大的电涌。
这将炸毁发电站和变电站，导致商业、住宅和工业部门出现强烈的电涌，并引发大量火灾。
如果没有电源，这些大火中的大部分都会失控地肆虐；没有我们的通信基础设施，就无法向需要帮助的人提供帮助。
许多地方将断电数周或数月或更长时间，进出城市的人员和货物运输将减慢甚至停止。
而且由于这些电网需要维修甚至完全更换，因此供暖、制冷以及向需要的人运送食物和清洁水等服务将得不到满足。
在最坏的情况下，这不仅会在全球范围内造成数万亿美元的财产损失，而且在这种风暴过后，数以百万计的人将冻死、饿死或脱水死亡。
两颗卫星的碰撞会产生数十万块碎片，其中大部分非常小但移动速度非常快：高达约 10 公里/秒。如果轨道上有足够多的卫星，这些碎片可能会引发连锁反应，使地球周围的环境几乎无法通行。
大气层可以保护我们免受太阳在地球表面发射的高能粒子的伤害，但我们的天基基础设施没有这种保护。卫星都会被关闭，如果它们依靠人工智能来避免碰撞——比如现代的、不受监管的星链卫星星座——那么它们也会被关闭。如果在它们重新联机之前经过了太多时间，或者我们只是运气不好，那么不仅会发生碰撞，而且会发生一连串的碰撞。在最坏的情况下，近地轨道可能会布满太空垃圾，形成持续数千年的灾难性碎片场。
此外，1859 年的卡林顿事件并不是一次绝无仅有的一次性事件。2012 年 6 月 23 日，太阳发出了与 1859 年的卡林顿事件一样充满活力的太阳耀斑。它发生在太阳的赤道平面上，幸运的是太阳旋转的方向错误，所以它才来到我们这里。如果耀斑发生时有 9 天的时差，那将是直接命中。此外，对树木年轮数据、冰芯数据和历史记录的综合分析表明，在公元前 774/775年、993/ 994年和约660 年，空间天气事件的强度等于或大于卡灵顿事件发生。九千多年前，发生了 10-100 倍强大的事件。到目前为止，运气有可能是我们避免灾难的唯一原因。
2021 年 2 月，估计有 440 万德克萨斯人因冬季风暴而断电。如果发生电网过载的太空天气事件，全世界可能会有超过 10 亿人断电、全球范围内发生一系列火灾以及不受控制的卫星碰撞的连锁反应。所有这一切加起来就是一场世界历史上前所未有的自然灾害。
就缓解策略而言，我们今天的准备只比九年前稍微好一点。我们在大多数车站和变电站的接地不充分，无法将大的感应电流导入地面，而不是家庭、企业和工业建筑。我们可以命令电力公司切断其电网中的电流——逐渐减少需要大约 24 小时——这可以降低火灾的风险和严重程度，但以前从未尝试过。我们甚至可以就如何应对您自己的家庭提出建议，但目前还没有官方建议。
早期检测是第一步，我们正在这方面取得巨大的科学进步。然而，在我们准备好我们的电网、我们的能源分配系统和地球公民为不可避免的事情做好准备之前，如果“大事件”很快到来，我们将付出高昂的代价。具有讽刺意味的是，如果没有我们需要的基础设施，电动汽车在这段时间里将基本上毫无用处；除非你手边有发电机或一些大型电池组，否则化石燃料将是我们唯一的救星。我们为修复我们的基础设施而支付的金额将花费我们在未来数年甚至数十年内多次未能在预防方面花费的费用，这一切都是因为我们集体不愿做好准备。
