作者:胡平(中国科学院光电研究所)

本文来源于中国科学博览会的家庭科学综合体(身份证:薛蝌大源)

1989年3月13日清晨，加拿大魁北克莫名其妙地发生了一次奇怪的停电。当时，正值寒冷的冬季，当地温度低至零下20摄氏度。只有持续供暖，每个家庭才能睡得很香。凌晨2点44分，中央供暖系统突然停止运行，寒冷进入室内，电力中断。城市里彻夜未眠的路灯和交通灯也变暗了。这座城市陷入了一片死寂。

突然停电波及整个魁北克省，甚至北美的其他地区也受到了影响。地铁、火车、飞机等交通工具也无法正常运行，许多工作功能被迫停滞，影响了约600万人的工作和生活。由于未能提前做好停电准备，导致12小时停电，严重影响了停电地区的经济，全省累计损失36亿美元。

控制“世界末日”停电的神秘力量

当时，魁北克的主要电力供应由魁北克水电站负责。这一事件是突然而严重的，但奇怪的是，魁北克水电站不知道发生了什么。他们只知道电网突然被切断，从开始到完全停电只花了92秒。似乎有一种神秘的力量控制着停电。

魁北克水电站(照片来源:https://vkool.com/)

魁北克神秘地笼罩在黑暗中，而前一天晚上，极光在纽约和佛罗里达很少见。通常北极光只出现在高纬度地区，如冰岛和俄罗斯。当时，北极光出现在如此低的纬度，这可以说是一生一次的景象。

谁是罪魁祸首？真正的罪魁祸首不是地球上的敌人，而是人们毫无准备的太阳。

奥罗拉(照片来源:维尔画廊)

事故发生前三天，也就是3月10日，太阳经历了一场严重的太阳风暴。在短短几分钟内，太阳释放的能量几乎相当于同时引爆数千枚核弹，这种力量直接撞击地球。地球最初是南极和北极的一块巨大磁铁。磁场保护它免受宇宙辐射。

太阳产生的风暴以大量等离子体的形式撞击地球，强烈干扰地球磁场，称为磁暴。磁暴破坏了最初的磁场，所以原本应该出现在两极的极光受到了干扰。夏令时通常用于指示地磁风暴的强度。当Dst低于-100nt时，为强磁暴；当Dst达到-300nt时，为超强磁暴。在这次停电中，Dst已经达到最小值-589nt。强烈的磁暴导致地磁场持续摆动，从而在北美部分地区产生大量额外的感应电流。感应电流侵入魁北克水电站电路，造成严重负载并烧毁电路。这就是为什么会有大规模停电。

事实上，这种等离子流的能量不会造成如此严重的灾难。巧合的是，前一天，3月9日，也有一次太阳爆发。在等离子体爆发到达地球之前，一场更严重的太阳风暴于3月10日再次爆发。第二股等离子流以更快的速度撞击地球。这两种宇宙能量融合形成一股更强的等离子流，向地球前进。

我们能预测太阳活动的产生吗？

为什么太阳会产生太阳风暴？我们能预测太阳风暴的发生吗？在这次严重的停电之后，这成了人们想知道的问题。太阳风暴是指太阳上的剧烈喷发活动和太阳与地球之间的一系列强烈扰动。太阳爆发是太阳风暴的起源。太阳活动主要包括太阳黑子、耀斑、暗条纹或日珥以及日冕物质抛射。太阳风通常由强烈的太阳耀斑和日冕物质抛射引起。

太阳活动和地球磁场(照片来源:http://tech.firefox.sina.com/)

太阳黑子是发生在光球层的太阳活动。他们很少独立行动，通常成群出现。太阳黑子以大约11年的活动周期存在，当它们活跃时，它们将影响地球的气候。许多事实表明，太阳黑子的形成是通过磁流的出现实现的。太阳耀斑是一种剧烈的爆炸现象。它通常发生在太阳大气层的局部区域，可以在短时间内释放大量能量。耀斑与磁通量的出现密切相关。耀斑的能量来自磁场。日冕物质抛射(CME)是一个过程，在这个过程中，携带磁力线的巨大泡沫气体从太阳中喷射出来。它表明，大量的日冕物质在短时间内从太阳喷射出来，扰乱了日冕，从而极大地改变了日冕的形状和磁场结构。日冕物质抛射(CMEs)是由日冕中的大规模磁场平衡的破坏引起的，这种破坏破坏了太阳风的流动，由此产生的干扰对地球有很大的影响。

(a)太阳黑子(b)太阳耀斑(c)日珥(d)日冕物质抛射(照片来源:sohu.com，维基百科)

我们能预测太阳风暴或太阳活动的发生吗？目前，我们有两种方法。

一是通过对太阳活动的观测记录来掌握太阳活动的规律，从而达到预测的目的。然而，除了我们已经知道的11年太阳黑子活动周期外，其他太阳活动的规律性不是很强，强太阳活动往往不符合规律。第二是建立一个理论模型，通过精确的太阳磁场测量来预测空之间的天气和太阳活动。如今，国内外许多科研机构都致力于太阳的观测和测量。2020年1月，美国夏威夷毛伊岛顶部的DKIST太阳望远镜(4米)拍摄了迄今为止最清晰的太阳照片。国产1.8米太阳望远镜也为太阳的观测和测量做出了巨大贡献。

迄今为止最清晰的太阳照片(照片来源:Sohu.com)

结论

太阳，这个给予我们生命和地球的火球，离我们如此之近又如此之远。我们生活在其中，但我们对它了解得还不够。我们所知道的是，它的心很热，但它对我们仍然很温柔，即使它偶尔有点脾气。

在浩瀚的宇宙中，渺小的人类就像大海中的一滴水。我们需要敬畏。