2023年已經(jīng)到來(lái)，大家逐漸恢復(fù)了生龍活虎的狀態(tài)，而太陽(yáng)似乎也耐不住寂寞，前來(lái)湊熱鬧：北京時(shí)間1月6日、1月9日和1月10日，太陽(yáng)上相繼爆發(fā)生了三次較強(qiáng)的耀斑。其后，在美國(guó)東部時(shí)間1月11日，美國(guó)的民航運(yùn)輸發(fā)生大癱瘓，全美航班悉數(shù)停飛。

有一些媒體在報(bào)道時(shí)，將這段時(shí)間的太陽(yáng)活動(dòng)和美國(guó)航班停飛聯(lián)系在了一起，稱(chēng)是這些“史詩(shī)級(jí)”的太陽(yáng)耀斑引發(fā)的地磁暴，導(dǎo)致了全美航班的停運(yùn)事故。

1月9日X1.9級(jí)耀斑的極紫外觀測(cè)圖像，左側(cè)的閃光即為耀斑爆發(fā)（圖片來(lái)源：NASA）

(相關(guān)資料圖)

但是，事實(shí)真的是這樣嗎？

簡(jiǎn)單直接的回答是：近期爆發(fā)的耀斑并非美國(guó)航班停飛的罪魁禍?zhǔn)?，這幾次耀斑也遠(yuǎn)談不上“史詩(shī)級(jí)”，但包括耀斑在內(nèi)的太陽(yáng)爆發(fā)，的確能夠?qū)е绿囟ê骄€的民航飛行受到影響。

美國(guó)航班停飛的原因是什么呢？

根據(jù)美國(guó)聯(lián)邦航空局（FAA）網(wǎng)站上就本次停飛事件發(fā)布的消息，造成全美航班集體趴窩的原因是發(fā)布航行通告的NOTAM（NOtice To Air Missions)系統(tǒng)癱瘓了。在航班飛行前和飛行過(guò)程中，飛行員和與航班運(yùn)行相關(guān)的各個(gè)部門(mén)都要通過(guò)該系統(tǒng)，獲取事關(guān)飛行安全及效率的關(guān)鍵信息。根據(jù)目前FAA初步的調(diào)查結(jié)論，NOTAM系統(tǒng)的癱瘓?jiān)騺?lái)自于自身的bug，與太陽(yáng)耀斑沒(méi)有關(guān)聯(lián)。

FAA針對(duì)航班停飛發(fā)布的聲明，聲明指出NOTAM系統(tǒng)的癱瘓可能由于自身數(shù)據(jù)庫(kù)文件的問(wèn)題（圖片來(lái)源：FAA）

真的是“史詩(shī)級(jí)”的太陽(yáng)耀斑嗎？

要弄清近期爆發(fā)的這三個(gè)耀斑是否是“史詩(shī)”級(jí)，要從耀斑的級(jí)別來(lái)看。耀斑是太陽(yáng)上一種輻射突然增強(qiáng)的局部爆發(fā)現(xiàn)象。耀斑級(jí)別的劃分，則是根據(jù)耀斑爆發(fā)釋放的軟X射線強(qiáng)度（嚴(yán)格的說(shuō)是“通量”，這里不展開(kāi)解釋這個(gè)名詞）的最大值來(lái)確定。

首先，我們將耀斑由弱到強(qiáng)分配到A、B、C、M、X 等幾個(gè)等級(jí)范圍，再根據(jù)某次耀斑事件的具體強(qiáng)度來(lái)確定字母后的數(shù)值。我們可以簡(jiǎn)單的把字母理解成耀斑的“年級(jí)”，把字母后的數(shù)字理解為耀斑在年級(jí)中的“分?jǐn)?shù)”。

2023年1月份已經(jīng)爆發(fā)的這三次耀斑，分別為X1.2、X1.9和X1.0級(jí)，確實(shí)屬于耀斑家族中最強(qiáng)的X級(jí)，但距離“史詩(shī)”這個(gè)級(jí)別則仍有很大差距。

歷史上記錄到的最強(qiáng)耀斑是2003年11月4日爆發(fā)的X28級(jí)耀斑。而X28的定級(jí)并非來(lái)自準(zhǔn)確的測(cè)量，因?yàn)橐邚?qiáng)度已經(jīng)超過(guò)了當(dāng)時(shí)衛(wèi)星上測(cè)量設(shè)備的量程，實(shí)際的級(jí)別可能比X28更高。

而史上15個(gè)最強(qiáng)耀斑的“分?jǐn)?shù)線”，也在X9.0級(jí)，遠(yuǎn)高于2023年1月這幾個(gè)耀斑的強(qiáng)度。因此，打個(gè)比方來(lái)說(shuō)，2023年1月的幾個(gè)X級(jí)耀斑就像人群中身高在一米八左右的人一樣，雖然稱(chēng)得上是高個(gè)子，但還沒(méi)有到姚明的程度，并不能稱(chēng)為“史詩(shī)”。

從實(shí)際影響地球的情況看，這幾個(gè)耀斑對(duì)地球的影響主要集中在電離層變化導(dǎo)致的短波通信異常上。美國(guó)空間天氣預(yù)報(bào)中心在X1.9級(jí)耀斑爆發(fā)后，發(fā)布了地球附近高頻無(wú)線電通信質(zhì)量的R3級(jí)預(yù)警。該機(jī)構(gòu)對(duì)無(wú)線電通信的預(yù)警分為5級(jí)，R3級(jí)處于中檔水平，而這一等級(jí)的預(yù)警在為期11年的太陽(yáng)活動(dòng)周中平均會(huì)發(fā)出175次。不過(guò)，地球附近的高能粒子環(huán)境沒(méi)有很大的變化，2023年1月上半月也僅有一次較弱的地磁暴?？偠灾?，這幾次耀斑對(duì)地球附近空間環(huán)境的影響相對(duì)有限。

同時(shí)，耀斑本身不能直接誘發(fā)地磁暴。雖然耀斑和另一種太陽(yáng)爆發(fā)現(xiàn)象——日冕物質(zhì)拋射（CME）經(jīng)常結(jié)對(duì)出現(xiàn)，但就如同雷電不能濕潤(rùn)大地，澤被萬(wàn)物的是從天而降的雨滴一樣，引發(fā)強(qiáng)地磁暴的一般是日冕物質(zhì)拋射，而不是耀斑。

日冕物質(zhì)拋射在日冕儀中的圖像。日冕物質(zhì)拋射和太陽(yáng)耀斑經(jīng)常伴隨出現(xiàn)，爆發(fā)過(guò)程也可能存在關(guān)聯(lián)，但并非同一種現(xiàn)象。（圖片來(lái)源：NASA）

太陽(yáng)耀斑對(duì)民航有什么影響呢？

那么，排除這次耀斑事件與航班停飛的直接關(guān)聯(lián)后，民航界是否就可以對(duì)太陽(yáng)耀斑的影響高枕無(wú)憂了呢？答案也是否定的。

從北美向東亞飛行時(shí)，綜合球面上的最短路徑和大氣環(huán)流方向等因素，相比于橫跨太平洋，使用北極上空的航線則更為經(jīng)濟(jì)高效。航空公司可以由此節(jié)省燃油成本，為機(jī)組和旅客節(jié)約飛行時(shí)間。

以波士頓飛往香港的航線為例，使用極區(qū)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月底到11月初的一段時(shí)間內(nèi)，包括史上最強(qiáng)的X28級(jí)耀斑在內(nèi)的一系列強(qiáng)烈的太陽(yáng)爆發(fā)，使得北極部分航路無(wú)法使用，F(xiàn)AA要求航空公司選擇較低緯度的航路繼續(xù)執(zhí)行航班，造成了燃油消耗和飛行時(shí)間的增加。

2003年10月至11月的極區(qū)航路情況。由于HF無(wú)線電通信可靠性的下降，原來(lái)經(jīng)由Polar3航路的飛行的航班被要就改用Polar4乃至更低緯度的航路。（圖片來(lái)源：NOAA）

航路中斷的罪魁禍?zhǔn)资菢O區(qū)高頻（HF）無(wú)線電通信的中斷。由于北極地區(qū)陸地稀少、荒無(wú)人煙，無(wú)法沿航路布置空中交通管制常用的甚高頻（VHF）無(wú)線電收發(fā)臺(tái)，只能依賴傳播距離較長(zhǎng)的HF波段。在地球大氣層的頂部，有一層被稱(chēng)作“電離層”的圈層。HF無(wú)線電通信質(zhì)量的好壞直接受電離層控制。在耀斑使電離層發(fā)生劇變時(shí)，原本可以遠(yuǎn)距離傳輸?shù)腍F波段不再可用，空中交通管制人員無(wú)法有效指揮極區(qū)的空中交通，因而部分極區(qū)航線不得不停用。在緯度較低的地區(qū)，雖然跨洋飛行時(shí)的HF無(wú)線電傳輸也受到了影響，但尚能夠依賴靜止軌道的通信衛(wèi)星維持一部分通信，而北極則是靜止軌道通信衛(wèi)星的盲區(qū)。

2003年10月至11月的輻射告警區(qū)域，該區(qū)域標(biāo)記為紅色。民航管理部門(mén)建議該區(qū)域的航班降低巡航飛行高度，減少接收到的輻射劑量。（圖片來(lái)源：NOAA）

即便北極的HF通信能夠勉強(qiáng)恢復(fù)，輻射也是極區(qū)飛行需要考慮的一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)。極區(qū)是太陽(yáng)活動(dòng)輻射效應(yīng)影響民航飛行最強(qiáng)烈的區(qū)域。當(dāng)然，如果你不是每周幾次往返于北美和東亞之間，無(wú)需為此擔(dān)心。在太陽(yáng)活動(dòng)相對(duì)平靜的時(shí)段內(nèi)，跨越極區(qū)的單次飛行所受到的輻射劑量在0.1-0.2mSV之間。而有關(guān)機(jī)構(gòu)推薦的每年飛行過(guò)程中接收到的輻射劑量上限為1mSV。

但是，如果太陽(yáng)活動(dòng)異常劇烈，則應(yīng)該留心此時(shí)的輻射情況。1859年曾經(jīng)爆發(fā)過(guò)一次真正的“史詩(shī)級(jí)”太陽(yáng)耀斑。如果同樣的事件發(fā)生在現(xiàn)在，單次極區(qū)飛行所受到的輻射可高達(dá)20mSV。若此時(shí)仍在極區(qū)飛行，會(huì)對(duì)乘客和機(jī)組人員本人帶來(lái)健康風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)然，各國(guó)的空間天氣監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)機(jī)構(gòu)也在緊盯“航空輻射”的情況。在2023年10月至11月期間，相關(guān)機(jī)構(gòu)就曾發(fā)出通告，建議在緯度35度以上飛行的長(zhǎng)途航班，將巡航高度由40000英尺降低至36000英尺。這樣雖然同樣會(huì)增加油耗，但卻能夠更多的利用大氣層的輻射屏蔽效應(yīng)，保護(hù)乘客和機(jī)組人員的健康。

太陽(yáng)活動(dòng)有著11年的周期，隨著太陽(yáng)從2019年底的極小期“沉睡”中逐漸蘇醒，并逐步向2024—2025年的極大期邁進(jìn)，未來(lái)幾年還會(huì)有越來(lái)越多的太陽(yáng)活動(dòng)，可能對(duì)地球上的方方面面產(chǎn)生影響。

在互聯(lián)網(wǎng)傳播發(fā)達(dá)的今天，有些報(bào)道為了提升自身的關(guān)注度，對(duì)一些新聞事實(shí)進(jìn)行不切實(shí)際的夸大和演繹。建議大家還是盡可能的多關(guān)注主流媒體和權(quán)威渠道發(fā)布的信息，比如科普中國(guó)賬號(hào)。

出品：科普中國(guó)

作者: 李會(huì)超（哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳））

監(jiān)制：中國(guó)科普博覽

參考內(nèi)容：

1. 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(cè)數(shù)據(jù)，http://www.sepc.ac.cn/。

2. NOAA，2004，Service Assessment：Intense Space Weather Storms October 19 – November 07, 2003

3. NOAA, 2004, Technical Memorandum OAR SEC-88, HALLOWEEN SPACE WEATHER STORMS OF 2003