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歷代極端太空天氣事件

譚綺婷

2013年3月

由於預計今年(2013年)為太陽活動周期的高峰年，太空天氣備受關注，但究竟太陽的狀態對於身處地球的我們來說是什麼的一回事？在這《歷代極端太空天氣事件》系列，我們會回顧過去一些重大的太陽風暴，並重溫這些事件怎樣影響當時的社會。

第一節

首先介紹一些關於太陽活動的基本知識。太陽本身就像一球沸騰的熱漿,核心的熱力推動著對流活動。受熱至攝氏5000多度的粒子上升到太陽表面，過程中逐漸失去能量繼而沉回核心。這些下沉的粒子雖然極其量只會冷卻到攝氏3000度左右，但是相對於上升的粒子，溫度顯然較低，因此它們所匯聚的地方看上去比較暗淡，我們稱之為太陽黑子(圖一)。

圖一: 對流活動與太陽黑子的關係

這些黑子標誌着多個對流圈交匯的地方，而當中的帶電粒子匯聚起來會產生較大的磁場。當太陽特別活躍，劇烈的對流活動便會令這些磁場線扭曲而需要重新接駁。在其開合的一剎那，原本被困在磁場線上的粒子頓時會被彈出，釋放大量輻射。

1859：卡靈頓事件

1859年的一場太陽風暴令當時的電報系統出現了混亂。當年９月１日，英國天文學家理查卡靈頓從他的望遠鏡投射出來的影像上觀察到太陽黑子群中的一次特大爆炸。

圖二: 1859年9月1日太陽黑子繪圖。卡靈頓觀察到白色閃光從黑子團中的A B點走到C D點然後消失。（圖片來源：皇家天文學會月報）

這次太陽耀斑拋出了一團高速的帶電粒子，在短短１７小時便到達並干擾著地球的磁場。波動的地磁繼而在電報線上產生強大的電流，使巴黎、首都華盛頓等地的電報站出現火花。通訊線路大多因此需要關閉。

由於電子通訊並不像現時這樣發達，電報可說是當時唯一的電子通訊系統，所以受影響的範圍有限。但那次太陽風暴實為其中一次最強的，畢竟單靠望遠鏡的投影都可以見到的耀斑必有一定的強度。而事實上，高能量的太陽粒子可以引起連串的化學反應，在地球大氣中產生硝酸，並沉澱到地面，保存在冰芯當中。有分析顯示卡靈頓事件所對應的冰芯部分，其硝酸含量为500年來最高，表示那次風暴為多個世紀以來最大型的，因此該次太陽風暴事件常被定為屬於最嚴重的情況。若該事件發生在今日，相信對社會的影響會更為嚴重。

延伸閱讀
[1] Carrington,R.C.,這連結會以新視窗打開。Description of a Singular Appearance seen in the Sun on September 1, 1859,Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Vol. 20, p.13-15.(in English only)
[2] Bell,T.E. and T. Phillips,這連結會以新視窗打開。A Super Solar Flare,Science at NASA website.(in English only)
[3] McCracken, K.G.;Dreschhoff, G.A.M.; Zeller,E.J.; Smart,D.F. and Shea, M. A.,這連結會以新視窗打開。Solar cosmic ray events for the period 1561–1994: Identification in polar ice, 1561–1950, J. of Geophysical Research, Vol 106, Issue A10, p.21585-21598.(in English only)