當人們習慣了中國火箭成功發射、嫦娥六號飛向月球的時候,太陽發生了“三連暴”。
5月3日到6日,太陽連續發生三次X級超級耀斑爆發,噴出的日珥火焰比地球還大,每次釋放的能量相當于幾萬億個廣島原子彈同時爆炸,等離子氣體風暴正在以每秒幾百公裏的速度從太陽吹向深空。
(大耀斑爆發!)
面對這次太陽的“三連暴擊”事件,不僅神舟十八號飛船和空間站會受到影響,剛剛出發的嫦娥六號探測器,也要遭受太陽風暴連續襲擊的考驗。那嫦娥六號該如何抵擋太陽風暴,我們又准備了哪些防禦手段呢?
先來看這次“三連暴”的詳細情況:
5月3日下午嫦娥六號成功發射,但就在發射前幾個小時,當天上午10點22分,太陽發生了一次X1.6級的強耀斑,對我國上空的電離層産生了直接影響,我國空間天氣監測預警中心發布了耀斑提示。
(國家預警中心的提示)
5月5日下午2點01分,太陽再次爆發一個X1.3級強耀斑,再次影響了我國上空的電磁通信。
5月6日下午2點40分,太陽第三次耀斑爆發,這次強度明顯超過了前兩次,達到了X4.5級,是本輪太陽活躍周期以來第三強,僅次于今年1月1日早上5點55分X5.0級的大耀斑,以及2月23日早上6點34分的X6.3級大耀斑。
(5月6日的X4.5級大耀斑,強度很高)
但是前兩次大耀斑的噴射方向都沒有對准地球,而且都發生在日出時分,對我國影響很小;而5月6日這次耀斑爆發位置在太陽右上部分編號爲AR3666的黑子群附近,而且發生我國的白天,讓我國短波無線電通信受到了大量幹擾。
最要緊的是,這次耀斑爆發持續在X級通量的時間超過35分鍾,持續時間之長,爲曆史罕見,日冕物質噴射方向雖然不是完全正對著地球,但是“濺射傷害”的覆蓋範圍很大,還是可能引發中等強度的地磁暴。
那如果耀斑爆發完全正對著地球,會有什麽後果呢?
曆史會告訴我們答案:1989年3月13日,當時太陽也是爆發了一次X4.5級的耀斑,而且日冕噴射剛好擦過了地球,引發了一次超級地磁暴。
(地磁暴引起感應電流,線路燒毀)
當地淩晨2點44分,加拿大魁北克省的電網控制中心,所有儀器指示燈突然開始瘋狂閃爍,不到90秒鍾,整個電網完全崩潰,600萬居民停電。
與此同時,美國新澤西州的電網也嚴重損壞,德拉維爾河上的一座核電站的巨型變壓器燒毀,就連一部分紅綠燈都被燒壞,整體損失上億美元。
在太空中,美國更是損失慘重,很多衛星短暫失去聯系。
美國海洋和大氣管理局(NOAA)的GOES-7氣象衛星的太陽能電池板燒掉了一半,壽命減半;NASA的太陽極大期任務衛星(SMM)損失了3公裏的軌道高度,並且在當年12月2日墜入大氣層燒毀;日本通信衛星CS-3B的電路板也燒壞了。
(地磁暴引發強烈極光)
當時我們國家衛星數量還很少,所以影響比較小,但是三十多年過去了,現在我們不僅有很多衛星,還有空間站,有神舟十八的三位航天員,就必須非常注意太陽爆發的危害。
2021年4月我國發射天和核心艙,開始建設空間站;同年10月我國發射第一顆太陽探測技術試驗衛星羲和號,就是專門盯著太陽,一旦發生強烈耀斑,第一時間確定日冕物質抛射的方向,是不是對著地球;如果剛好對著地球,那就要立刻發出預警,讓空間站和衛星做好防禦准備。
(我國空間天氣預警中心)
太陽耀斑對地球的“攻擊”分爲三步:
第一步是光輻射,爆發的能量首先以微波的形式,以光速到達地球大氣層,造成電離層擾動,幹擾甚至中斷短波無線電信號。微波還會加熱大氣層,造成局部大氣膨脹,低軌道衛星受到的大氣阻力激增,從而墜落。剛才提到NASA的衛星提前墜毀,就是這個原因。
2022年2月,馬斯克公司有一批49顆星鏈衛星,發射的第二天就在210公裏的軌道高度上遭遇了太陽風暴引起的局部大氣膨脹,其中40顆迅速墜毀。
第二步是核輻射,耀斑爆發會産生大量高能射線粒子,比如伽馬射線,以每秒幾萬公裏的速度,持續轟擊地球,地面上的人受到地磁場和大氣層的保護,但是空間站裏面的航天員就可能會受到傷害,嚴重可能會造成DNA斷裂、細胞死亡等等。
(耀斑爆發時,航天員不能出艙)
雖然X級太陽耀斑相當于幾千萬個氫彈的能量,但跟宇宙中其他力量比起來,只不過是“溫柔的蠟燭” 。
4.4億年前的奧陶紀生物大滅絕,可能原因就是一顆超新星爆發産生的伽馬射線暴,僅僅掃射了地球10秒鍾,就滅絕了85%的地球生物,是史上排名第二的大滅絕。
第三步是日冕物質抛射,這是一股攜帶太陽磁場的等離子雲團,一般以幾百公裏的時速,在耀斑爆發三到五天後抵達地球。
如果太陽爆發沒有對准地球的方向,那麽倒不會有什麽影響;但如果日冕物質抛射剛好對准地球方向,那麻煩就大了,這一大團等離子會嚴重擠壓地球磁場,引起全球範圍的磁場紊亂和感應電流,這就是地磁暴。
(今年2月23日耀斑雖然達到了X6.3級,但沒有日冕物質抛射,對地球影響很小)
也就是說,太陽耀斑爆發對人類的危害程度,主要看有沒有日冕物質抛射,以及抛射的方向是不是對准了地球。如果剛好對准地球,引發大規模地磁暴,就是最糟糕的一種情況。
地磁暴會在電路板、高壓輸電線、甚至電阻率比較高的土壤當中,都産生感應電流,燒壞變壓器、集成電路,造成大範圍停電和通信故障。
人類有確切記錄的最大規模的地磁暴,發生在1859年9月1日。
當時人們甚至可以用肉眼看見太陽表面發生了兩次白色的閃光,持續了五分鍾;然後全球的電報機幾乎都失靈了,甚至莫名其妙著火。
在接下來的一星期,整個地球磁場都處于狂暴狀態,就連古巴、夏威夷和中國南方都能看到壯麗的極光。現代科學家根據當時記錄的數據,推算出那次太陽耀斑的強度達到了X50級。
這就是著名的“卡靈頓事件”,不過那個時代的人們,生活中連電力都沒普及,所以受到的損失比較少。
但如果現在再發生一次,你想象一下,手機卡死、電腦宕機,電動汽車也抛錨了,人類社會可能會遭受慘重損失。
這不是危言聳聽,因爲在2003年10月底,太陽又一次發生X28級的超級耀斑,修正觀測數據後的峰值達到了X45級,爲人類建立觀測等級以來的最高記錄。
幸運的是那次日冕物質抛射沒有正對地球,但是依然在太空造成了嚴重損失,歐美的一系列科研衛星都遭受不同程度損壞,全球GPS受到幹擾甚至中斷。伊拉克戰場上的美英聯軍通信、導航都受到影響,部分作戰行動被迫推遲。
(太陽風暴對電子設備的打擊,強度遠超人類EMP炸彈)
當時NASA“奧德賽”火星探測器上的MARIE觀測設備被強烈的射線燒毀,這是人類第一個因爲太陽風暴災害而損毀的深空探測器。
這次X4.5級耀斑爆發,嫦娥六號月球探測器沒有地磁場和大氣層的保護,只能靠自己硬扛。
電影《流浪地球2》裏就有太陽風暴襲擊月球基地的鏡頭,電影爲了視覺刺激,制造了風暴吹起塵埃的效果,但真實的太陽風暴完全是肉眼看不見的,你只會發現電子設備冒出火花,然後燒壞。
(笨笨機器狗的防護薄膜)
電影中的“笨笨”機器狗,拿起一塊銀色的金屬箔膜,蓋在了自己身上。其實這是一種MLI多層隔熱材料,是聚酰亞胺和鋁箔結合而來的。
嫦娥六號探測器,外表面有一層金燦燦的衣服,這就是聚酰亞胺材料,它是一種金色的塑料,在航天器上使用非常多,因爲它有三個很好的性能:
(聚酰亞胺多層材料)
一是機械強度高,做成複合薄膜,抗拉強度最高可以達到400MPa,強度是鋼材的幾倍,密度卻只有幾分之一;
二是非常耐腐蝕,抗氧化能力極強,一般的酸堿都腐蝕不了它;
三是耐熱性能好,可以適應零下100度到零上300度的溫差,遠超普通塑料。
(嫦娥六號全貌,金色和銀色的防護材料)
看來金色的果然都是好東西,聚酰亞胺材料,再鍍上一層層的鋁、銀以及其他材料,就對可見光、紅外線等各種電磁波都産生比較好的屏蔽效果,保持航天器的溫度,抵抗宇宙中的輻射。
根據不同的配方組合,顔色也不光是金色的,也會呈現出銀色、黑色的。
(MLI材料可以抵抗輻射,隔絕熱量)
嫦娥六號除了使用聚酰亞胺材料做成金色的防護外衣,還采取了別的防禦措施:
一是硬件防護,像是控制計算機之類的核心零件,都有單獨的防輻射外殼;
二是核心部件都有多重備份,有些電路和芯片會設計成多重冗余結構,壞了一個還有另一個替補;
三是軟件糾錯,我們給這些計算機的軟件設計了一種主動定時刷新的程序,如果有宇宙射線産生幹擾或者報錯,可以自動糾錯,繞開壞點。
(衛星的外衣,也被用于救災,可以讓民衆在寒冷中保溫,這也是航天技術的好處)
除了嫦娥六號依靠自己的金銀外衣、軟硬件來硬扛這一波太陽風暴,我們還建立了空間天氣預報系統,不僅是給近地軌道上的中國空間站提供預警,未來也會擴展到月球空間、甚至火星軌道,給我們的深空探測器提供太空天氣預報。
今年是太陽活動的極大年,根據科學家測算,太陽風暴活動還將持續,在2024年底達到頂峰。另一方面也說明,我國航天科研人員也早就充分考慮到了今年太陽頻繁爆發的情況,在設計上就做了很多防護措施。
雖然我們盡可能做了准備,但是太空環境確實很惡劣,嫦娥六號面臨的考驗才剛剛開始,咱們也只能祝福它一路平安。咱們對中國航天充滿信心,期待它順利完成任務。
(期待嫦娥六號克服困難,完成任務!)
我國用人造太陽烤死美國
反擊美國該死