中國新聞，2023年已經(jīng)到了，大家也逐漸回到了生機(jī)勃勃的狀態(tài)，而太陽似乎也耐不住寂寞，前來湊熱鬧：北京時(shí)間1月6日、1月9日、1月10日，太陽上爆發(fā)了三次強(qiáng)烈的耀斑。后來，美國東部時(shí)間1月11日，美國民航運(yùn)輸陷入癱瘓，全美所有航班停飛。
一些媒體在報(bào)道時(shí)，將這一時(shí)期的太陽活動(dòng)與美國航班停飛聯(lián)系起來，稱這些“史詩級(jí)”太陽耀斑引發(fā)的地磁暴導(dǎo)致了美國航班的停飛事故。
1月9日X1.9耀斑的極紫外觀測圖像，左邊的閃光是耀斑爆炸。圖片來源：NASA。
但事實(shí)真的是這樣嗎？
簡單直接的回答是，最近的耀斑并不是美國航班停飛的罪魁禍?zhǔn)?，這些耀斑也遠(yuǎn)談不上“史詩級(jí)”，但太陽耀斑包括耀斑確實(shí)可以影響特定航線的民航航班。
01
美國航班為什么停飛？
根據(jù)美國聯(lián)邦航空局網(wǎng)站就此次停飛事件發(fā)布的消息，美國航班集體停飛的原因是發(fā)布航行通告的任務(wù)通知系統(tǒng)癱瘓。在飛行前和飛行過程中，飛行員和所有與飛行運(yùn)行相關(guān)的部門應(yīng)使用該系統(tǒng)獲取與飛行安全和效率相關(guān)的關(guān)鍵信息。根據(jù)FAA的初步調(diào)查結(jié)論，NOTAM系統(tǒng)癱瘓來自其自身系統(tǒng)問題，與太陽耀斑無關(guān)。
FAA就停飛航班發(fā)表聲明，稱NOTAM系統(tǒng)癱瘓可能是由于自身數(shù)據(jù)庫文件的問題。圖片來源：FAA。
02
這真的是一次史詩般的太陽耀斑嗎？
要搞清楚最近的三次耀斑是不是“史詩”級(jí)別，就要看耀斑級(jí)別。耀斑是太陽上輻射突然增加的局部爆炸現(xiàn)象。耀斑級(jí)別的分類是根據(jù)耀斑爆發(fā)釋放的軟X射線的最大強(qiáng)度來確定的。
首先我們把耀斑從弱到強(qiáng)分配到幾個(gè)等級(jí)，比如A、B、C、M、X，然后根據(jù)一個(gè)耀斑事件的具體強(qiáng)度來確定字母后的數(shù)值。我們可以簡單的把字母理解為耀斑的“等級(jí)”，把字母后面的數(shù)字理解為耀斑在等級(jí)中的“分?jǐn)?shù)”。
2023年1月爆發(fā)的三次耀斑分別是X1.2、X1.9、X1.0，確實(shí)屬于耀斑家族中最強(qiáng)的X級(jí)別，但距離史詩級(jí)別還是有不小的差距。
歷史上記錄的最強(qiáng)耀斑是2003年11月4日爆發(fā)的X28耀斑。X28的分級(jí)并不是來自精確的測量，因?yàn)橐邚?qiáng)度已經(jīng)超出了當(dāng)時(shí)衛(wèi)星上測量設(shè)備的范圍，實(shí)際分級(jí)可能比X28高。
歷史上15次最強(qiáng)耀斑的“分?jǐn)?shù)線”也在X9.0，遠(yuǎn)高于2023年1月這些耀斑的強(qiáng)度。所以比如2023年1月的幾次X級(jí)照明彈，就像人群中身高1.8米左右的人，都沒有姚明高，稱不上“史詩”。
從對(duì)地球的實(shí)際影響來看，這些耀斑對(duì)地球的影響主要集中在電離層變化引起的短波通信異常上。X1.9級(jí)耀斑爆發(fā)后，美國空間天氣預(yù)報(bào)中心發(fā)布了地球附近高頻無線電通信質(zhì)量R3級(jí)預(yù)警。該機(jī)構(gòu)對(duì)無線電通信的預(yù)警分為五級(jí)，R3級(jí)處于中等水平，在11年的太陽活動(dòng)周期間，這一級(jí)別的預(yù)警將發(fā)出175次。但地球附近高能粒子的環(huán)境并沒有太大的變化，2023年1月上旬只發(fā)生過一次弱磁暴。總之，這些耀斑對(duì)地球附近空間環(huán)境的影響相對(duì)有限。
同時(shí)，耀斑本身并不能直接誘發(fā)地磁暴。雖然耀斑和另一種太陽爆炸現(xiàn)象——日冕物質(zhì)拋射經(jīng)常成對(duì)出現(xiàn)，就像閃電不能濕潤地球和雨滴從天而降一樣，但引起強(qiáng)烈磁暴的是日冕物質(zhì)拋射，而不是耀斑。
日冕儀中日冕物質(zhì)拋射的圖像。日冕物質(zhì)拋射和太陽耀斑經(jīng)常一起出現(xiàn)，爆發(fā)過程也可能有關(guān)聯(lián)，但不是同一個(gè)現(xiàn)象。圖片來源：NASA
03
太陽耀斑
對(duì)民航有什么影響？
那么，在排除耀斑事件與航班停飛的直接聯(lián)系后，對(duì)于太陽耀斑的影響，民航業(yè)能高枕無憂嗎？答案也是否定的。
從北美飛往東亞時(shí)，考慮到球體上的最短路徑和大氣環(huán)流方向，使用北極上空的航線比穿越太平洋更經(jīng)濟(jì)高效。航空公司可以為機(jī)組人員和乘客節(jié)省燃料成本和飛行時(shí)間。
以波士頓到香港的航班為例。使用極地航線每次可以節(jié)省138分鐘的飛行時(shí)間和33000美元的飛行成本。然而，在2003年10月底至11月初期間，一系列強(qiáng)烈的太陽耀斑，包括歷史上最強(qiáng)的X28耀斑，使得北極地區(qū)的一些航線無法使用，F(xiàn)AA要求航空公司選擇更低緯度的航線繼續(xù)飛行，導(dǎo)致油耗和飛行時(shí)間增加。
2003年10月至11月極地航線情況。由于高頻無線電通信的可靠性下降，原來經(jīng)由Polar3航線的飛行改為Polar4甚至更低緯度的航線。圖片來源：NOAA
航線中斷的罪魁禍?zhǔn)资菢O地高頻無線電通信的中斷。由于北極地區(qū)土地稀少，無人居住，無法在沿線布置空管常用的甚高頻無線電收發(fā)臺(tái)，只能依靠傳播距離較長的高頻波段。在地球大氣層的頂部，有一層叫做電離層。高頻無線電通信的質(zhì)量直接受電離層的控制。當(dāng)電離層因耀斑而發(fā)生劇烈變化時(shí)，可以遠(yuǎn)距離傳輸?shù)腍F波段不再可用，空中交通管制員無法有效指揮極地地區(qū)的空中交通，因此一些極地航線不得不停止。在低緯度地區(qū)，雖然越洋飛行時(shí)的高頻無線電傳輸也受到影響，但仍可依靠地球靜止通信衛(wèi)星維持部分通信，而北極是地球靜止通信衛(wèi)星的盲區(qū)。
2003年10月至11月的輻射警告區(qū)域，用紅色標(biāo)出。民航局建議該地區(qū)的航班降低巡航高度，減少受到的輻射劑量。圖片來源：NOAA
即使北極的高頻通信勉強(qiáng)可以恢復(fù)，輻射也是極地飛行要考慮的風(fēng)險(xiǎn)。極地是太陽活動(dòng)輻射效應(yīng)對(duì)民航飛行影響最強(qiáng)的區(qū)域。當(dāng)然，如果你一周沒有幾次往返于北美和東亞之間，也不用擔(dān)心。在太陽活動(dòng)相對(duì)平靜的時(shí)期，穿越極地區(qū)域的一次飛行受到的輻射劑量在0.1至0.2毫西沃特之間。相關(guān)機(jī)構(gòu)推薦的年度飛行期間受輻射劑量上限為1mSV。
但如果太陽活動(dòng)異常劇烈，就要注意此時(shí)的輻射情況。1859年爆發(fā)了一次真正的“史詩級(jí)”太陽耀斑。如果現(xiàn)在發(fā)生同樣的事件，單次極地飛行接收到的輻射可高達(dá)20mSV。如果此時(shí)還在極地飛行，會(huì)給乘客和機(jī)組人員本身帶來健康風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)然，各國的空間天氣監(jiān)測預(yù)報(bào)機(jī)構(gòu)也在密切關(guān)注“航空輻射”的情況。2003年10月至11月，有關(guān)機(jī)構(gòu)發(fā)布通知，建議將緯度35度以上飛行的長途航班的巡航高度從40000英尺降至36000英尺。雖然這樣也會(huì)增加油耗，但可以更多利用大氣的輻射屏蔽作用，保護(hù)乘客和機(jī)組人員的健康。
太陽活動(dòng)有11年的周期。隨著太陽在2019年底逐漸從“沉睡”中醒來，逐漸走向2024-2025年的最大期，未來幾年太陽活動(dòng)會(huì)越來越多，可能會(huì)對(duì)地球的方方面面產(chǎn)生影響。
在網(wǎng)絡(luò)傳播發(fā)達(dá)的今天，一些報(bào)道為了提升關(guān)注度，不切實(shí)際地夸大和演繹一些新聞事實(shí)。建議你盡可能多關(guān)注主流媒體和權(quán)威渠道發(fā)布的信息。
參考資料：
中科院空間環(huán)境預(yù)報(bào)中心發(fā)布的"本周綜述"和監(jiān)測數(shù)據(jù)，http://www.sepc.ac.cn/。
美國國家海洋和大氣管理局，2004年，服務(wù)評(píng)估：2003年11月七日19日
美國國家海洋和大氣管理局，2004年，技術(shù)備忘錄SEC-88，2003年萬圣節(jié)太空天氣風(fēng)暴
