“太陽(yáng)”- 這個(gè)人類最熟知的恒星，由于它永恒的光和熱，才有了我們賴以生存的地球，人類才能得以繁衍生息。太陽(yáng)給人類以生存的條件，塑造了自然界，而另一方面，它的活動(dòng)也經(jīng)常給地球和人類帶來(lái)深重的災(zāi)難……

近日NASA(美國(guó)國(guó)家航空航天局)發(fā)出警告稱，地球?qū)⒃馐芤粓?chǎng)百年一遇的超級(jí)“太陽(yáng)風(fēng)暴”大爆發(fā)，超大規(guī)模日冕噴發(fā)所產(chǎn)生的巨大閃焰瞬間撞擊地球磁層， 相當(dāng)于百枚氫彈的爆炸威力，屆時(shí)全球?qū)?huì)由于電網(wǎng)崩潰而陷入大范圍的停電，電子通訊網(wǎng)絡(luò)將全部無(wú)法使用，如果惡夢(mèng)成真，人類生活將發(fā)生歷史性的大倒退，而這一切，即將在2013年的某日發(fā)生……

(一)歷史上著名的太陽(yáng)風(fēng)暴大爆發(fā)對(duì)世界電力及通訊系統(tǒng)的危害

自有科學(xué)的天文觀測(cè)以來(lái)，人類曾多次觀測(cè)到大規(guī)模的太陽(yáng)風(fēng)暴奇觀，當(dāng)人們感嘆大自然造物的無(wú)窮魅力的同時(shí)，亦不能忽略其帶給人類的巨大傷害。在幾次比較著名的事件中，都對(duì)與人類生活息息相關(guān)的電力、通訊系統(tǒng)產(chǎn)生過(guò)不小的影響：

最早的一次發(fā)生在19世紀(jì) - 1859年發(fā)生的太陽(yáng)風(fēng)暴，史稱“卡林頓事件”。當(dāng)時(shí)的英國(guó)天文學(xué)家理查德?卡靈頓第一次發(fā)現(xiàn)了大規(guī)模的太陽(yáng)耀斑現(xiàn)象 ，而此次的太陽(yáng)風(fēng)暴則對(duì)當(dāng)時(shí)才剛剛形成的電報(bào)網(wǎng)絡(luò)造成了嚴(yán)重影響，甚至引發(fā)電報(bào)員觸電、電報(bào)紙燃燒的嚴(yán)重情況，值得慶幸的是，由于當(dāng)時(shí)的社會(huì)還不像現(xiàn)代社會(huì)那樣對(duì)電力有著過(guò)度的依賴性，因此造成的損失還相當(dāng)有限。

如果說(shuō)19世紀(jì)的那一次事件還只是牛刀小試，那么，發(fā)生在1989年的超級(jí)太陽(yáng)風(fēng)暴所造成的災(zāi)害則大得多。1989年3月，超級(jí)太陽(yáng)風(fēng)暴襲擊了加拿大魁北克電站，變壓器被燒毀，很多近地衛(wèi)星和同步軌道衛(wèi)星發(fā)生異常、軌道改變、甚至報(bào)廢。全球無(wú)線電通信受到干擾或中斷，輪船、飛機(jī)的導(dǎo)航系統(tǒng)失靈，美國(guó)國(guó)防部的一些重要衛(wèi)星癱瘓。此次爆發(fā)使加拿大魁北克省和美國(guó)新澤西州的供電系統(tǒng)受到破壞，造成的損失超過(guò)10億美元。

無(wú)獨(dú)有偶，2003年10月28日，太陽(yáng)再次向世人展示出它那無(wú)比的威力。強(qiáng)烈的太陽(yáng)耀斑爆發(fā)及與之相伴的強(qiáng)大日冕物質(zhì)噴射造訪了地球，導(dǎo)致了電力系統(tǒng)出現(xiàn)大范圍的電壓控制失靈、變壓器損害故障，美國(guó)北部和加拿大一些電網(wǎng)出現(xiàn)了電流急沖現(xiàn)象，衛(wèi)星等通訊系統(tǒng)完全失靈。

(二)本次太陽(yáng)大爆發(fā)對(duì)電網(wǎng)及通訊系統(tǒng)的災(zāi)害研究及預(yù)測(cè)

早在2008年時(shí)，NASA(美國(guó)國(guó)家航空航天局)就曾預(yù)測(cè)過(guò)下一次大爆發(fā)的準(zhǔn)確時(shí)間是在在2012年9月22日。而直至最近，科學(xué)家們才修正了時(shí)間，從2012年推遲至2013年5月。

NASA的科學(xué)家指出，2013年太陽(yáng)將從“深沉睡眠”中蘇醒，屆時(shí)，產(chǎn)生的太陽(yáng)耀斑將給地球磁場(chǎng)造成前所未有的破壞。據(jù)預(yù)測(cè)，本次大爆發(fā)就好似一次隱形的超級(jí)颶風(fēng)，由于現(xiàn)代社會(huì)對(duì)電力的依賴性遠(yuǎn)比19世紀(jì)的第一次碰撞時(shí)要來(lái)的大，因此，大部分的國(guó)家，特別是北歐、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家將遭受比較嚴(yán)重的損失。據(jù)保守估計(jì)，可能達(dá)到2005年襲擊美國(guó)新奧爾良的卡特里娜颶風(fēng)所造成損失的20倍以上(當(dāng)時(shí)颶風(fēng)重創(chuàng)了新奧爾良，造成1250億美元的損失)。

“我們知道這場(chǎng)風(fēng)暴即將發(fā)生，只是不確定它到底有多嚴(yán)重，”美國(guó)宇航局華盛頓總部科學(xué)任務(wù)委員會(huì)的費(fèi)舍爾博士說(shuō)。該委員會(huì)專門(mén)調(diào)查太陽(yáng)活動(dòng)對(duì)地球的影響，他們利用十幾顆衛(wèi)星研究可能造成的威脅。“它將擾亂通訊設(shè)備，例如衛(wèi)星、汽車(chē)導(dǎo)航、空中飛行、銀行系統(tǒng)、個(gè)人電腦，以及一切電子化的產(chǎn)品。”費(fèi)舍爾說(shuō)。更可能的情景是，大規(guī)模地區(qū)，包括北歐和英國(guó)擁有較為“脆弱”電網(wǎng)的國(guó)家和地區(qū)，將斷電并無(wú)法使用電子設(shè)備達(dá)數(shù)小時(shí)，或可能數(shù)天。

另一方面，對(duì)于全球通訊系統(tǒng)而言，也將面臨一次嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。大規(guī)模的高能粒子輻射將造成電離層高度下降、形態(tài)改變等地球的環(huán)境形態(tài)變化，使許多近地衛(wèi)星和同步衛(wèi)星軌道衛(wèi)星發(fā)生異常、軌道的改變，甚至直接報(bào)廢，全球無(wú)線電通訊受到干擾或中斷。2006年12月13日發(fā)生的太陽(yáng)風(fēng)暴就曾對(duì)我國(guó)短波無(wú)線通信造成過(guò)嚴(yán)重影響，廣州、海南、重慶等地的通訊中斷達(dá)3小時(shí)以上，同時(shí)，風(fēng)云一號(hào)氣象衛(wèi)星、亞太二號(hào)氣象衛(wèi)星等直接關(guān)乎民生大計(jì)的重要衛(wèi)星系統(tǒng)也受此影響，故障頻出。

(三)多國(guó)均已采取預(yù)防措施

由于擔(dān)心太陽(yáng)風(fēng)暴給地球帶來(lái)嚴(yán)重影響，科學(xué)家開(kāi)始密切監(jiān)測(cè)太陽(yáng)。如果能對(duì)太陽(yáng)風(fēng)暴吹襲時(shí)間有更多了解，地面上就可以選擇關(guān)閉正在執(zhí)行任務(wù)的衛(wèi)星的電子信號(hào)，能源公司也能針對(duì)此出臺(tái)發(fā)生大規(guī)模停電時(shí)的“b計(jì)劃”，宇航員則可以錯(cuò)開(kāi)太空行走的時(shí)間，以將影響降到最低。

1. 英國(guó)：利用電腦模型預(yù)測(cè)影響

英國(guó)蘭開(kāi)夏大學(xué)的科學(xué)家正在利用電腦模型研究，2013年太陽(yáng)風(fēng)暴將會(huì)對(duì)英國(guó)全國(guó)電網(wǎng)造成何種程度的打擊。而建立在英國(guó)牛津郡的盧瑟福?阿普爾頓研究室也在與美國(guó)政府合作，以試圖更精確預(yù)測(cè)最強(qiáng)太陽(yáng)風(fēng)暴影響地球的時(shí)間。

2. 美國(guó)：發(fā)射衛(wèi)星24小時(shí)監(jiān)測(cè)太陽(yáng)

由于太陽(yáng)風(fēng)暴的速度、密度以及頻率都非常不穩(wěn)定，更精確預(yù)測(cè)其規(guī)模成為太陽(yáng)科學(xué)研究的“圣杯”。NASA的太陽(yáng)動(dòng)態(tài)觀測(cè)衛(wèi)星(SDO)，于2010年2月從佛羅里達(dá)卡納維爾角的空軍基地發(fā)射升空，進(jìn)入距離地表約3.6萬(wàn)公里的地球同步軌道，以便能24小時(shí)監(jiān)測(cè)太陽(yáng)。與此同時(shí)，美國(guó)政府已經(jīng)意識(shí)到這種威脅并稱已經(jīng)準(zhǔn)備好應(yīng)對(duì)措施，其中包括關(guān)閉國(guó)家電網(wǎng)邊緣的某些變壓器設(shè)施以提高整個(gè)電網(wǎng)的電壓水平，關(guān)閉某些重要的衛(wèi)星通訊系統(tǒng)或?qū)⑵淝袚Q至安全工作模式。

3. 中國(guó)：將啟動(dòng)“夸父計(jì)劃”的太陽(yáng)探測(cè)計(jì)劃

中國(guó)在2012年啟動(dòng)命名為“夸父計(jì)劃”的太陽(yáng)監(jiān)測(cè)衛(wèi)星計(jì)劃，又稱為“空間風(fēng)暴、極光和空間天氣”探測(cè)計(jì)劃，該計(jì)劃的實(shí)施可有效提高空間天氣災(zāi)害預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度，并幫助人類對(duì)太陽(yáng)活動(dòng)進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，以便提前采取相應(yīng)的防護(hù)措施。如果按期實(shí)施，該計(jì)劃將是世界上唯一一個(gè)系統(tǒng)的日地空間探測(cè)計(jì)劃。

太陽(yáng)風(fēng)暴對(duì)電網(wǎng)的破壞從兩方面發(fā)生：

1、太陽(yáng)風(fēng)暴是高能離子流，發(fā)出來(lái)的粒子是帶電的，而且速度很高。這些離子會(huì)導(dǎo)致空氣電離，破壞空氣的絕緣性，使電網(wǎng)短路，燒毀電網(wǎng)設(shè)備。

2、太陽(yáng)風(fēng)暴的帶電粒子的運(yùn)動(dòng)，相當(dāng)于電流流動(dòng)，強(qiáng)大的離子流會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的磁場(chǎng)，形成磁暴，磁暴在電線中又形成沖擊電流(磁電感應(yīng))，會(huì)燒毀電網(wǎng)設(shè)備。

劉連光：我國(guó)電網(wǎng)不易被摧毀

記者：是否真的如美國(guó)科學(xué)家所言，太陽(yáng)耀斑會(huì)對(duì)供電系統(tǒng)產(chǎn)生影響?

劉連光：準(zhǔn)確一點(diǎn)說(shuō)，可以用太陽(yáng)風(fēng)暴這個(gè)術(shù)語(yǔ)。因?yàn)槭翘?yáng)活動(dòng)事件的日冕物質(zhì)拋射(簡(jiǎn)稱CME)和冕洞現(xiàn)象形成的太陽(yáng)風(fēng)到達(dá)地球空間時(shí)，在地球表面產(chǎn)生地磁暴，地磁暴在地表產(chǎn)生地面感應(yīng)電勢(shì)，從而在變壓器中性點(diǎn)接地的高電壓、長(zhǎng)距離輸電網(wǎng)中產(chǎn)生地磁感應(yīng)電流，地磁感應(yīng)電流會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)設(shè)備的正常運(yùn)行有一定的影響或危害。

太陽(yáng)耀斑會(huì)引起電離層的騷擾，從而影響短波通信，如果只是太陽(yáng)耀斑，不會(huì)影響電網(wǎng)的安全。太陽(yáng)活動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的影響是與很多因素和條件有關(guān)的。

記者：歷史上發(fā)生過(guò)太陽(yáng)風(fēng)暴影響電網(wǎng)的事件嗎?太陽(yáng)風(fēng)暴對(duì)我國(guó)的影響有多大?

劉連光：一個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)周約為11年，最近兩個(gè)太陽(yáng)周的峰年期間的強(qiáng)磁暴發(fā)生在1989年3月13日和2003年10月30日，分別導(dǎo)致了加拿大魁北克電網(wǎng)大停電和瑞典馬爾默城市電網(wǎng)大停電。歷史上最強(qiáng)的太陽(yáng)風(fēng)暴發(fā)生在1859年，但那時(shí)還不存在對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生影響的問(wèn)題。

加拿大、瑞典等國(guó)受太陽(yáng)風(fēng)暴影響容易造成輸電線路、變壓器等設(shè)備跳閘事故，這是由于北歐、北美高緯度地區(qū)的地磁場(chǎng)擾動(dòng)更強(qiáng)，因此影響相對(duì)更大。

我國(guó)雖然幅員廣闊、地理跨越大，但稍大型的電網(wǎng)都處在中緯度地區(qū)，再加上前兩個(gè)太陽(yáng)周，我國(guó)電網(wǎng)的規(guī)模相對(duì)于加拿大、美國(guó)等國(guó)來(lái)說(shuō)較小，因此，我國(guó)電網(wǎng)不容易受到太陽(yáng)風(fēng)暴的嚴(yán)重傷害。

記者：目前，我國(guó)在這方面做了哪些研究，有沒(méi)有什么技術(shù)手段能夠預(yù)防或減少太陽(yáng)風(fēng)暴對(duì)電網(wǎng)的沖擊?

劉連光：社會(huì)的發(fā)展，防范極端自然災(zāi)害的任務(wù)越來(lái)越艱巨，這也是我們提出研究磁暴電網(wǎng)災(zāi)害的宗旨。十幾年來(lái)，在國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家863計(jì)劃等項(xiàng)目支持下，我們對(duì)太陽(yáng)風(fēng)暴對(duì)我國(guó)電網(wǎng)的可能影響有所認(rèn)識(shí)，取得了一些成果，除了理論問(wèn)題研究之外，包括獲得了一些220千伏、500千伏電網(wǎng)磁暴干擾數(shù)據(jù)等。也不是沒(méi)有技術(shù)手段，是技術(shù)手段不好防，包括在電網(wǎng)加入很多防治裝置，還可能帶來(lái)新的或者更大的安全問(wèn)題隱患，這可能是國(guó)外一些影響問(wèn)題嚴(yán)重國(guó)家的科學(xué)家頻頻發(fā)布警告、甚至感到有些惶恐的原因吧。

最近，我國(guó)科技部發(fā)布的基礎(chǔ)研究十二五規(guī)劃，把空間災(zāi)害天氣研究提高到很高的高度。我們針對(duì)電網(wǎng)的建議是，像高緯國(guó)家一樣，先加強(qiáng)對(duì)電網(wǎng)磁暴干擾的監(jiān)測(cè)，獲得更多、范圍更大的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，積累、借助實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)開(kāi)展研究，包括風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估以及嘗試電網(wǎng)災(zāi)情、災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)研究。

如果能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)太陽(yáng)風(fēng)暴的電網(wǎng)效應(yīng)，還是可以通過(guò)調(diào)控可能過(guò)載線路的負(fù)荷、控制變壓器過(guò)載等策略防災(zāi)的，這也是最經(jīng)濟(jì)、最有效的防范手段。

現(xiàn)在，國(guó)內(nèi)外關(guān)注太陽(yáng)風(fēng)暴影響的空間物理科學(xué)家很多人在研究空間災(zāi)害天氣的預(yù)報(bào)問(wèn)題，我們也在嘗試做一些適應(yīng)電網(wǎng)防災(zāi)的預(yù)報(bào)參數(shù)、指標(biāo)方面的研究。

記者：近幾年，太陽(yáng)活動(dòng)越來(lái)越頻繁，如何減少太陽(yáng)活動(dòng)對(duì)供電系統(tǒng)的影響，您有哪些建議?

劉連光：不能說(shuō)近幾年太陽(yáng)活動(dòng)越來(lái)越頻繁了，太陽(yáng)有45億歲了，自對(duì)它有統(tǒng)計(jì)、記載以來(lái)，每一個(gè)太陽(yáng)周都會(huì)有相關(guān)事件發(fā)生，變化也不是很大。應(yīng)該說(shuō)是由于電網(wǎng)的發(fā)展，自身構(gòu)成或結(jié)構(gòu)使磁暴的干擾成為問(wèn)題了。

朝向地球的超強(qiáng)太陽(yáng)活動(dòng)是小概率事件，但如今，我們對(duì)電力的依賴越來(lái)越高，因此必須高度重視和防范發(fā)生大停電的風(fēng)險(xiǎn)，也要高度重視太陽(yáng)風(fēng)暴今后將會(huì)給我國(guó)電網(wǎng)帶來(lái)較大安全隱患的可能。

太陽(yáng)活動(dòng)的影響是全球性的問(wèn)題。由于范圍廣、規(guī)模大，不像防范冰雪災(zāi)害可以局部差異化設(shè)計(jì)，技術(shù)手段防范非常困難，投資也相當(dāng)大。所以，目前重要的是提高防范極端災(zāi)害的意識(shí)，對(duì)這樣的新問(wèn)題，相關(guān)單位和部門(mén)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)科學(xué)普及工作，讓普通大眾科學(xué)地了解和認(rèn)識(shí)太陽(yáng)活動(dòng)的影響。