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2010年7月，美国科学家发出警告：太阳在2012年到2013年期间将进入新一轮活跃期，地球有可能面临一场“超级太阳风暴”袭击，届时地球上许多地方的电网将被太阳风暴摧毁，手机网络和互联网将崩溃，电视机将没有信号，收音机只能听到—连串静电噪声……不过，由于太阳风暴干扰地球磁场，当夜幕降临时，地球许多地防的天空中将出现五彩缤纷的极光。
太阳风暴是怎么一回事?什么时候会出现太阳风暴?什么是“超级太阳风暴”?面对太阳风暴我们应该怎么办……本刊特别邀请天文学家介绍有关太阳风暴的方方面面。
1 太阳风暴警报
早在2010年年初，英国媒体就援引一些西方科学家的预测结果发布消息：当太阳从“沉睡”状态中“苏醒”以后，在2013年前后的某些时间，地球将遭受史无前例的太阳风暴的轰击，届时国家电网可能瘫痪，航空运输将陷入严重混乱，电子产品、航空器件和大多数卫星可能停止工作。不久后，美国宇航局发布消息：强烈的太阳风暴发生的时间就在3年后，也就是2013年。有科学家警告说，除非采取适当的防备措施，超级太阳风暴将损坏一切应急无线电通信设备、医疗设备、银行设备、航空控制设备，直至日常电器如家用电脑、电感电位分压器等。如果情况果真如这些科学家所言，那么，由于现代社会人们对电子设备的巨大依赖性以及电子设备对磁能的敏感性，太阳风暴将留下巨额破坏账单，人类社会生活将发生历史性的大倒退。 上述警告和说法不免有所夸大，但也并非没有科学依据。空间飞行器携带的仪器拍摄的极紫外单色像显示，地球周围的磁层目前出现了一个面积相当于4个地球的大洞，而且还在扩大。这是巨大的太阳风暴爆发的预兆。地磁层能阻止高能粒子进入地球，是地球的保护层，一旦地磁层受到太阳风暴的扰动，太阳爆发产生的大量高能粒子将乘虚而入，影响通讯，威胁卫星，破坏臭氧层，如果不早作防范，后果将不堪设想。历史上曾有过不少不算太严重的先例。1958年2月11日发生的一次全球性大磁暴(请参阅相关链接：磁暴的破坏)使世界各地无线电通信全部中断，瑞典的电力线和通信遭到破坏，铁路信号无法使用，磁暴引起的强大电流使绝缘材料起火燃烧，将安全阀和变压器烧毁。1975年发生的一次磁暴使欧洲和北美之间的无线电通信全部中断，欧洲和远东的电报联络受到严重干扰。2008年2月26日发生的一次磁暴释放出1500万亿焦耳的能量，发射了两个等离子体云，一个飘离地球，一个飘向地球，在加拿大和美国阿拉斯加都能看到飘向地球的等离子体云同大气作用产生的极光。这些磁暴都是太阳风暴造成的。
为了应对太阳风暴的威胁，2010年6月，美国宇航局科学家、政府决策者和研究^员齐集首都华盛顿，参加太空天气方面的高峰论坛，讨论太阳在2012年到2013年期间从“沉睡”中“苏睡”进入活动期引发的太阳风暴对地球的严重影响，以及如何采取措施做好空间天气监测工作，预防和减少太阳风暴带来的损失。事实上，美国宇航局早在2001年就形成了—个名为“生命与恒星”的计划，旨在研究和处理^类在太阳大气中生活的空间天气问题，特别是如何对太阳风暴进行预警。该计划规模宏大，将发射5组空间探测器组成—个飞船舰队“气象站”，以最新方式分布在广阔的太阳大气里面，观测太阳大气的各种状态。这5组空间探测器分别是：
——太阳动力学观测站。用高清晰度照相机拍摄太阳黑子和耀斑，以前所未有的清晰度揭示太阳风暴。
——太阳探测器。深入到距离太阳700万千米的太阳大气中，就地获取太阳风和磁场样品。
——太阳风暴检测飞船。一共有6艘，其中4艘分布在距离太阳3750万千米的位置上测量x射线、射电和中子辐射，获取高能粒子和等离子体信息，第5艘位于地球附近，在紫外和可见光波段观测日冕，最后一艘位于地球后面，检测太阳光球磁场。
——辐射带暴探测器。用来测量空间形成的相对论电子和离子对太阳活动和太阳风的响应。
——电离层一热层暴探测器。用来研究电离层和热层的密度分布以及地磁的不规则性。
2 太阳活动预测
透过天文望远镜可以看到，太阳表面有时会出现一些黑点，这就是有名的太阳黑子。太阳黑子是天文学家最熟悉的太阳活动形式，黑子来了又去，留下反映太阳活动水平高低的标记。科学家通过长期观测发现黑子数目和黑子群面积变化存在11年左右的周期性。后来又发现，黑子活动周期也就是太阳活动周期。
在一个太阳活动周期的末期，黑子数跌落到最少，太阳风暴数量减少到最小，一切变得很平静，这叫太阳极小。一般说来，太阳极小的时间不长，在太阳极小过去不到一年，就会出现下一个太阳活动周期(太阳极大)的上升迹象。但是，最近的太阳极小异乎寻常，即使太阳预报专家也无法判断下一个太阳活动周期会从何时开始。
2006年3月10日，美国有关方面宣布，太阳极小来了，黑子几乎为零，不存在太阳耀斑，太阳平静得很。根据这一现象，美国国家天文研究中心发出预报：一场50年来最强的太阳极大即将来临，太阳活动将比以前的周期强30％到50％。如果这—预报无误，就可能出现强度仅次于1958年的大太阳风暴。到了2007年年底，太阳仍然平静。美国科学家哈萨韦利用计算机模拟作出预测：2008年将出现比较多的黑子。哈萨韦说： “可以想象，下—个太阳活动周期将是—个‘非常显著’的太阳活动周期，有很多黑子、很多太阳风暴和很多能量释放到空间。”然而，实际观测结果显示，2008年的太阳比预计的平静得多，这一年有266天没有黑子，即73％的晴天太阳上没有黑子。这种情况即使在太阳极小的年份也很少见到(有记录以来，只有1913年太阳极小时出现过类似情况，那一年有85％的晴天没有出现太阳黑子)。到200’~，太阳活动继续变弱，直到2009年12月中旬才出现近几年来最大的黑子群。2009年以后，黑子几乎消失殆尽，少得连资深的太阳观测者都感到惊讶。
以上众多奇怪现象，让太阳物理学家也不知应该如何估计下—个太阳活动周期的发展趋势。这是—个值得重视的科学现象——在长时间的太阳极小过后，黑子出现了—个较长的恢复期，但恢复期标志却不明显。它和历史上出现的“蒙德极小期”极为相似(所谓“蒙德极小期”，是指1645年到1715年期间黑子几乎消失、太阳活动极其稀少的时期，发现者是德国科学家蒙德，故名之)。德国科学家弗洛指出，如果类似情况从现在开始延续到2100年，全球气温将平均降低0.3℃。他还预言，在2009年到2010年期间，欧洲将出现异常寒冷的冬季。实际情况果真如此，弗洛的研究结论得到了广泛支持。
那么太阳活动是如何影响地球气候的呢?美国女天文学家迪克帕蒂根据大量空间和地面望远镜观测结果提出，太阳上有两个气体输运带，它们是在太阳表面内外穿越的无限循环的物质和磁场。太阳输运带类 似于美国科幻电影《以后的日子》里的海洋输运带。电影里的海洋输运带是将所携带的水和热量从一个海洋输运到另一个海洋的循环网络，海洋输运带停止，全世界气候就变得一片混乱。太阳输运带携带的不是水，而是电流，是在太阳赤道到两极的磁环中往返流动的带电气体。正如地球上巨大的海洋输运带对地球天气有很大影响一样，太阳输运带也会对太阳天气产生巨大影响，具体来说，它能控制太阳黑子周期。
太阳黑子被科学家称为洞悉太阳磁场“灵魂”的窗口，它们形成的地方就是产生于很深的太阳内部的巨型磁环在穿过太阳表面时浮现和爆发的地方。由于浮现和爆发会失去部分能量，所以太阳表面这些地方的温度要低一些，看上去要暗一些，就像黑点，故被称为“黑子”。由此可知，黑子数的任何变化都反映着太阳内部的变化。只有在太阳黑子爆发的瞬间，我们才有可能真实地看到太阳的内部。另一方面，黑子是太阳“内部发电机”产生的紊乱磁场的扭结点(磁节)留在微弱磁场里的“尸体”。当输运带顶部从太阳表面掠过时，扫去废旧的老黑子磁场，携带着黑子“尸体”从太阳南、北极落入20万千米深的太阳内部。在那里，磁发电机效应又使黑子“尸体”产生浮力，浮到太阳表面成为新的太阳黑子。这一切发生得非常缓慢，完成—个循环大约需要40年的时间。
当太阳输运带变快时，意味着未来周期黑子活动将增强。大量观测表明，1986年到1996年期间太阳输运带变快，扫去了较多的老磁场，因此，在2010年到2011年期间，应当再次出现大黑子。哈萨韦认为，下—个太阳极大将出现在2010年或2011年，应当很“显著”，而且来得比较快。但迪克帕蒂预计，下—个太阳极大可能出现在2012年。两位科学家的预报有一年之差，说明现有的预报理论还不够完善，但不管根据哪种理论， “太阳风暴即将到来”这个结论是肯定的。
3 太阳耀斑爆发
2000年6月8日，加拿大北极地磁观测站突然与外界中断了联系，连手机也打不通。6月9日凌晨3时左右，我国满洲里、长春和兰州上空F2层电离层均遭到重创。9时，我国南方地区上空电离层临界频率出现明显下降。此后，在6月11日和7月份多次出现类似现象。研究证明，上述现象都与太阳耀斑爆发有关。
所谓“太阳耀斑”，是指太阳表面上局部区域突然大规模地释放能量。换句话说，耀斑就是太阳大气里的一种爆发活动。耀斑不仅出现在光学波段，在射电辐射、可见光、紫外线、x射线直到y射线的整个电磁波谱上都有。同时，还出现电子、质子和重离子等带电粒子的加热和加速过程。耀斑期间发射的x射会比平时增强1000倍，紫外辐射也有明显增强。x射线增加会大大增加地球大气中电离层的电子密度。全球导航和通信卫星都位于地球上方极易受太阳耀斑影响的位置上，很容易受到伤害，所以当出现太阳耀斑爆发增强时，短波无线电通信将受到严重干扰，甚至导致无线电通信中断。
1989年3月13日至14日，太阳耀斑造成的地球磁暴使全球无线电通信受到干扰，日本一颗通信卫星出现异常。美国一颗卫星的轨道下降。1994年1月20日至21日，两颗加拿大通信卫星在太阳耀斑的影响下发生故障。2000年西方万圣节期间，一系列太阳风暴连续袭击地球周围，至少造成两颗卫星失灵，60％的美国宇航局卫星上的计算机出现故障。1998年5月19日美国“银河4号”通信卫星因受太阳耀斑影响而失控，德国一颗科学卫星也报废。2000年7月14日在太阳耀斑严重影响下，欧美的多颗重要的科研卫星受到严重损害。2010年1月美国国家科学院公布的一份报告指出，不久后的一次“超级太阳风暴”将使美国经济损失1万亿～2万亿美元。在太阳活动22N峰年期间，全球定位卫星GPS9783发生了13次个位翻转错误，每次都与太阳耀斑有关。
研究认为，太阳耀斑还会对地球气候产生影响，给欧洲带来严寒(请参阅相关链接：太阳耀斑对地球气候的影响)。
相关链接
太阳耀斑对地球气候的影响
从理论上讲，太阳耀斑爆发将大量能量释放到行星际空间，以电滋辐射和高能粒子形式传到地球附近，因而应当对地球的温度产生影响。但以前科学家—直以为，太阳输出基本上固定不变，因此叫它“太阳常数”。15年前，美国宇航局和欧洲空间局共同发射了“日地观测卫星”(简称SOH0)，它对两个太阳极小、—个完整的太阳周期和另外两个太阳活动周期的—部分进行了观测。结果显示，在最近的太阳极小期，太阳输出比前面的平静期间低0.015％。美国宇航局在1980年发射的“太阳峰年卫星”也观测到太阳输出的变化，显示在同—个太阳周期里，几天或几周内太阳释放的能量可能变化0.1％，这些数字虽然不大，其意义却非常重要，说明“太阳常数”并不不是一个固定值，而是有微小的变化。
这些微小变化对地球气候有没有影响呢?从2003年起，空间飞行器在不同波长上测量了太阳输出的强度，证明地球气候变化不仅与太阳活动有关，而且与太阳电磁辐射中的紫外辐射关系密切。同太阳活动有关的紫外辐射是极远紫外辐射(ELW)。观测表明，EUV同太阳耀斑有很强的关系：在太阳耀斑爆发期间，ELW出现明亮的闪耀——ELW暴。这种闪耀有助于把耀斑爆发的能量带进空间，输送给地球大气层里的臭氧层。臭氧层位于大气层的同温层(又叫平流层)，能吸收紫外辐射，较多的紫外辐射进入同温层意味着在那里能形成较多的臭氧，而较多的臭氧将导致同温层吸收更多的紫外辐射，所以在太阳活动上升期间同温层将被加热。在同温层热量增加的背后可能意味着欧洲温度的升高。有科学家在1996年明确提出，同温层温度升高影响欧洲上空的高空气流从西向东穿过，还有科学家进—步指出，在太阳活动低的时候，高空气流容易碎裂形成巨大的“漫游者”，阻止来到欧洲的温暖的西风，让西伯利亚的北极风得以控制欧洲的天气
4 当太阳风袭来
有人形象地把“太阳上发生耀斑，地球上出现反应”比作：太阳打“喷嚏”，地球就“感冒”。这种“喷嚏”与“感冒”的关系表明，在太阳和地球之间存在我们看不见的“联络线”。这个“联络线”就是太阳风。巨大太阳风袭击地球所带来的灾难是巨大的。供电系统和通信网络将遭到破坏，信息不畅通，指挥不到位，没有警报，没有光明，使整个国家陷于混乱无序之中，空中交通管理失控，医院手术和其他治疗无法进行。没有电，没有互联网，电视或报纸都没有，人类文明将回到18世纪。
所谓太阳风，指从太阳上“吹”来的风，不过它不是空气流动，而是带电粒子流和磁场。太阳风有两种来源，一种是百万摄氏度高温的日冕物质自然膨胀形成的，叫做“宁静太阳风”，平均速度是每秒450千米；一种是太阳大气里的爆发活动产生的，叫做“扰动太阳风”，速度较高，—般在每秒1000千米以上，最 高可达每秒3200千米。在扰动太阳风中，有一种来自日冕物质抛射(CME)，也是太阳大气里的一种爆发活动，发生在太阳最外层大气——日冕上，是从日冕向外抛射物质。一次巨大的CME抛射的物质可达到180亿吨。CME一般是独立产生的，有时也和耀斑共生，有趣的是它还能在行星际空间产生。
太阳风“吹”到地球，将扰乱地球的磁层。地磁层是地球周围的—个保护层，—个看不见、摸不着的巨大磁化区域，是太阳高能带电粒子的天然屏障，正因为有了这道屏障我们才能安安稳稳地生活在地球上。地磁层的外边缘与行星际交界的地方叫“磁层顶”。在地磁南、北极上方的磁层顶形状像漏斗，它允许少量太阳风带电粒子“漏”进磁层，在地球附近沿磁力线绕圈子。同时向地球两极沉降，在沉降过程中与地球高层大气发生碰撞，发出灿烂的光芒，这就是极光。由于这些粒子只向地球两极沉降，所以极光一般只出现在两极地区上空，但在大量带电粒子“漏”进磁层的情况下，地球的中、低纬地区上空也有可能出现极光。
一般情况下，太阳风把地球向阳面磁层向里压缩，背阳面磁层向外拉伸形成长长的磁尾，磁层本身则岿然不动。当磁层受到扰动时，磁层防御太阳风的能力会削弱，让高能带电粒子进入磁层。一般的扰动称为“磁层扰动”，强烈的扰动称为“磁暴”。在磁暴期间，磁层失去防御能力，高能带电粒子便—拥而上，来到地球附近，产生各种效应，制造多种破坏：当太阳风掠过地球时将使电磁场发生变化，引起地磁暴、电离层暴，影响通信特别是短波通信；对地面电力网、管道发送强大感生电流，影响输电、输油、输气管等系统的安全，甚至造成管道爆炸；影响卫星在太空中的正常运行，破坏卫星上的仪器设备；大剂量辐射引起人体免疫力下降，造成病变、情绪波动，间接导致车祸等事故发生；使气温升高，致使生态环境失去平衡。
名词解释
太阳组成太阳由太阳大气和太阳内部两部分组成，太阳大气分为三层，由里到外分别是光球、色球和日冕，日冕又分为内冕和外冕。内冕是真正的太阳大气，外冕实际上是太阳大气向外延伸的部分。太阳内部位于光球里面，这里温度很高，压力很大，时刻进行着由氢转变成氦的热核过程，产生大量能量。太阳内部产生的能量由磁场输运到太阳大气里，供太阳活动和向外辐射。
太阳活动发生在太阳各层大气里的各种活动的总称，包括黑子、耀斑、谱斑、日珥和日冕物质抛射等。黑子产生在光球，耀斑和谱斑出现在色球，日珥和日冕物质抛射是日冕的活动现象。各种太阳活动之间有联系，但它们常常是独立出现的。
黑子周期日面上黑子数目和黑子群的面积都呈现由小变大和由大变小的过程。黑子数和黑子群的面积由极大－极小－极大所需的时间叫做黑子活动周期，约为11年。后来发现，这也是太阳活动周期。
太阳活动极大是指在一个太阳活动周期内太阳活动最频繁的年份。
太阳活动极小是指在一个太阳活动周期内太阳活动最不活跃的年份。
磁暴的破坏
地球磁层又叫地磁层或磁层，是地球的保护伞，有了磁层，我们才能安全地生活在地球这个宇宙绿洲上。如果没有磁层，一旦发生磁暴，我们将受到以下一系列的破坏和伤害：
生物系统 越来越多的证据表明，地磁场变化会影响生物系统，比如在地磁暴期间信鸽的导航能力会下降。信鸽、海豚和鲸等迁徙动物的体内都有“生物罗盘”，即包裹在束神经细胞里的矿物磁场。 “生物罗盘”使信鸽等迁徙动物拥有种叫做“磁接收”的能力。在磁暴期间，地磁场被扰乱，这些动物的磁接收能力就会减低甚至丧失，导致其导航能力下降。研究表明，人类在身体紧张时，其生物学系统也可能对地磁场起伏有响应。
通信系统 许多通信系统利用电离层把无线电信号反射到远方。电离层暴能影响一切纬度的无线电通信，一些无线电频率被吸收，另一些则被反射，导致信号快速涨落和出现意想不到的传播路线。太阳活动对电视和商业无线电网的影响较小，但在地面对空间、船舶对岸上方面，常使短波广播和业余无线电爱好者使用的频率受到骚扰。利用HF波段的无线电工作者可依靠太阳和地磁的警报，保持其通信线路正常运行，但一些军事探测系统和电报系统，则受到太阳活动的较大影响，主要如下：
——受太阳活动影响的军事探测或早期预警系统。包括：依靠从电离层弹回的信号在远距离上探测飞行器和远程导弹发射的超视距雷达，它们在地磁暴期间可能受无线电紊乱的严厉束缚；利用潜艇磁标识作输入定位的潜艇探测系统，它们在地磁暴期间可能输入假信号和错误信号。
——电报系统。以前的电报使用一根数千米长的金属线作为数据传输线，使用大地作为返回线，用电池提供直流电源。这样的线路容易受环流造成的涨落影响，当电池极性减弱或者加上过强的或假的信号时，地磁暴感应的电压与电流可导致信号减弱。操作员在这种情况下甚至切断电池电源，依靠感应电流作为电源。在极端情况下感应电流很高，会造成接收端爆裂起火、操作人员遭电击等恶性事件。地磁暴还会影响长途电话线，包括海底电缆(光纤电话线除外)。地磁暴对通信卫星的破坏是扰乱地球与空间的电话、电视、无线电和互联网。
导航系统 当太阳活动妨碍信号传播时，对GPS和远程导航系统造成不利影响。
卫星 地磁暴和太阳紫外辐射增强使地球上层大气加热，造成空气膨胀，当热空气上升时，远在1000千米远的卫星轨道上的空气密度会显著增加，从而增加空间对卫星的阻力，造成卫星速度减慢和下落，最后在空气中烧毁。较强的太阳活动曾造成美国的“天空实验室”空间站过早地再入地球大气层。在1989年3月发生的巨大磁暴期间，有4颗美国海军导航卫星离开服务轨道长达一个多星期，美国航天司令部还公布了受影响的1000多个飞行器新的轨道数。同年12月，著名的“太阳峰年卫星”也跑出了轨道。
地质考察 地质学家在研究石油、天然气和其他矿床时，常利用地磁场作为标识来确定地下岩石的结构，这种研究大多只能在地磁场静止时进行，因为这样才能真正探测到磁场标识，但也有一些研究只能在地磁暴期间进行，因为这时地下电流能帮助研究人员观测地球表面以下石油或矿物的结构。由于这些原因，许多研究者利用地磁警报和预报来安排他们的测量活动。
电网 当磁场相对于附近导体(如金属丝)移动时，导体中便会产生感应电流。在地磁暴期间，所有长传输线上都可产生感应电流。同样的机制在电报和电话线中也有效。因此，使用数千米长传输线的电力系统容易遭到感应电流的破坏。在这方面，中国、北美和澳大利亚尤其要注意。欧洲电网应用较短的电缆，受这种效应的影响小得多。
管道 快速起伏的地磁场可在管道里产生地磁感应电流，造成许多问题，如在管道里流动的物质发送错误的流动信息，使管道的腐蚀率急剧增加，等等。如果在磁暴期间不正确地使电流平衡，腐蚀率可能一次次增加。因此，管道管理者应收听空间 天气警报，提前做好防御性测量。
5 应对太阳风暴
前面所述的种种由太阳大气里的剧烈爆发活动(黑子爆发、耀斑爆发、日冕物质抛射等)释放的大量带电粒子所形成的高速粒子流，科学家称之为“太阳风暴”。根据美国宇航局发出的最新警告，在2013年第24个太阳极大到来时，地球上有可能遭遇“超级太阳风暴”的袭击。姑且不论届时是否真的发生“超级太阳风暴”，未雨绸缪、做好应对太阳风暴的准备无疑是必须的。
1859年的“卡林顿事件”是一个提醒(参阅相关链接：卡林顿事件)，不过当时没有手机，没有GPS导航系统，没有卫星，没有许许多多现代技术设备，人们只是借助电报网通信，运用罗盘进行全球导航，因此当时的太阳耀斑大爆发仅对电报网和罗盘产生了影响，使电报发不出去，罗盘失去作用，仅此而已。然而，今天的情况已大不相同，各种电器设备进入千家万户，电视机、电话机、手机、电脑等已成为平民百姓的日用器具，家家户户都用电、用煤气，电线、管道成为城市居民的生活必需品，并且已经发展到广大的农村。可想而知，在今天如果遭遇像：卡林顿事件，那样的太阳风暴，世界的经济损失和物质损失将远远大于当年。那么，面对严重太阳风暴的威胁，我们应该怎么办?
为了预防太阳风暴，我们首先要了解太阳风暴，这包括确定太阳极大到来的时间和太阳风暴打击地球的时间。当然，确定太阳极大到来的时间是困难的，因为巨大太阳风暴出现在太阳磁场周期(22年)和黑子周期(11年)的交会时间，如果太阳磁场周期和黑子周期正好是22年和11年，那么每隔22年就会出现巨大的太阳风暴。但是，11年的黑子周期只是一个平均值，实际上黑子周期曲线就像过山车，上下震荡得很厉害，有时是9年，有时是13年或14年。曲线的峰值和谷值差异也很大，有些峰值高，有些峰值低；有些谷值的持续时间异常短暂，仅两年，有些谷值的持续时间却拉得很长。例如在17世纪著名的“蒙德极小期”，太阳暴跌到70年无黑子。由于很难计算太阳磁场周期和黑子周期的交荡点，因此科学家无法给出産巨大太阳风暴的准确时间。
即将到来的第24个太阳活动周期基本上处在上述两个周期的交汇时间，所以科学家预报有可能出现巨大太阳风暴。由于预报专家组成员采用的计算模型不尽相同，得到的交汇时间有所不同，所以在2007年发布早期预报时，专家组中存在着尖锐分歧，最后大家接受了这样的方案：太阳极小在2008年，后面既可能在2011年出现一个强的太阳极大，也可能在2012年出现一个弱的太阳极大。
预报太阳风暴打击地球的时间关键在于观测，因为太阳风暴来自太阳大气活动，太阳大气活动的能量来自太阳磁场，太阳磁场产生于太阳内部，由输运带输运到太阳大气里，太阳大气里的磁场位形发生巨大变化就能出现耀斑，释放电磁波和高能带电粒子。如果耀斑位于日面中心，耀斑指向地球，只需8分19秒，电磁辐射就能到达地球，18小时后高能带电粒子就能来到地球附近，轰击地球大气，造成太阳风暴。而位于日面边缘的耀斑则需要等太阳自转将耀斑转到指向地球时，地球上才能接收到它的辐射，因此时间就会长一点。观测耀斑，了解耀斑发生的时间和位置，就能预警太阳风暴的发生。
美国宇航局的“先进综合考察卫星”目前正日夜不停地在太空进行监测，可以提前15～60分钟预警太阳风暴的发生。但实践结果表明，15～60分钟的预警时间对做预报是不够的。所以，太阳物理学家正在尝试了解太阳耀斑触发机制，以改善太阳耀斑预报能力。目前美国宇航局的“日地关系天文台”(STEREO)正在进行相关的探测试验。STEREO由两艘完全相同的飞船组成，彼此分开数百万千米，飞行轨道与地球轨道相同，一艘在地球前面，一艘在地球后面，到地球的距离相同。它们用相同的仪器观测太阳和地球之间的空间区域，搜寻太阳表面上方突然出现的膨胀等离子体泡。耀斑一旦爆发，两艘STEREO立刻从两个有利的观测点上分别进行探测。利用它们提供的观测资料，科学家可以重建太阳气体喷射三维图像，确定喷射方向，预测它们是否会打击地球。
一旦太阳风暴扰动和轰击地球大气，英国科学家就会启动“超级双极光雷达网”观测从南极和北极进入地球大气的粒子，了解太阳风暴如何同地球作用及其所产生的破坏性效应。不过，要从根本上了解太阳耀斑触发机制还得像“生命与恒星”计划描述的那样，用分布在太阳到地球之间的广阔空间的飞船舰队“气象台”严密监视太阳的一切活动。
预防太阳风暴最要紧的是建立危机感，认识我们正面临太阳风暴的威胁。太阳和地球之间有1.5亿千米的空间距离，从表面上看这是一个很安全的距离，但自空间时代以来，特别是最近几年，人们越来越认识到这1.5亿千米其实并不安全一来自太空飞船和地面的观测指出，地球位于太阳外大气层之中，被太阳风暴打来打去，经常受到太阳风暴的高能粒子袭扰。
在20世纪之前，太阳风暴对人类生活似乎并未产生什么影响，但在今天，空间天气对人类生活的影响越来越大。目前有500多颗人造卫星正绕着地球旋转，电视、电话、互联网、GPS导航和天气预报都要依靠它们，而它们对空间天气十分敏感；搭载着宇航员的“国际空间站”日夜不停地绕地球运行，它位于地磁场内部，享有地球的防护，但在不久的未来，宇航员还要去月球和火星，他们的旅途大部分都将在地磁场外面，太阳风暴将直接危及宇航员们的安危。所以，关注太阳风暴并积极应对它们显得越发重要。
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卡林顿事件
1859年8月28日至9月2日，光洁的太阳表面上出现了许多黑子。9月1日，为了研究太阳黑子，英国天文学家卡林顿在红日升起的时候走进观测室，打开天窗，开始工作。像往常一样，他把大望远镜指向太阳，铺开纸，用笔画起黑子来。11时18分，正当他画好一个结构复杂的大黑子群时，他的眼前突然一亮：黑子群里闪出两个明亮的小光点，它们快速地向同一方向移动，5分钟后消失在黑子群中。起初，这并未引起卡林顿的太多注意，但在18个小时后，欧洲许多地磁观测站记录到了强烈的地磁扰动，印度孟买戈拉巴天文台测量到地磁水平分量减少，同时电报发不出去，罗盘的指针不停地摆动，短波无线电波传不出去。更令人费解的是，当晚北欧和美洲北部大部分地区的天空中出现了五彩缤纷的极光，红的、绿的、蓝的，像天鹅绒似的，美丽极了。美丽的极光甚至在夏威夷、墨西哥、古巴和意大利上空都能看到。这就是著名的“卡林顿事件”。
卡林顿看到的亮点其实就是太阳上的巨大耀斑。一个大耀斑可发射高达60亿亿亿焦耳能量，比1000万座巨大火山爆发释放的能量还要多。1945年8月6日，美国在日本广岛投下一枚原子弹，将面积本来就不大的广岛市大部分夷为废墟。然而，同太阳耀斑相比，原子弹的爆炸力真是小巫见大巫。太阳耀斑释放的能量比1001乙枚原子弹同时爆炸产生的能量还大，相当于100亿枚氢弹爆炸。如果用这些能量来发电，可发出2万亿亿千瓦电，可供63万亿只100瓦的电灯泡日夜不停地照明1亿年!
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太阳风暴是怎么一回事?什么时候会出现太阳风暴?什么是“超级太阳风暴”?面对太阳风暴我们应该怎么办……本刊特别邀请天文学家介绍有关太阳风暴的方方面面。
1 太阳风暴警报
早在2010年年初，英国媒体就援引一些西方科学家的预测结果发布消息：当太阳从“沉睡”状态中“苏醒”以后，在2013年前后的某些时间，地球将遭受史无前例的太阳风暴的轰击，届时国家电网可能瘫痪，航空运输将陷入严重混乱，电子产品、航空器件和大多数卫星可能停止工作。不久后，美国宇航局发布消息：强烈的太阳风暴发生的时间就在3年后，也就是2013年。有科学家警告说，除非采取适当的防备措施，超级太阳风暴将损坏一切应急无线电通信设备、医疗设备、银行设备、航空控制设备，直至日常电器如家用电脑、电感电位分压器等。如果情况果真如这些科学家所言，那么，由于现代社会人们对电子设备的巨大依赖性以及电子设备对磁能的敏感性，太阳风暴将留下巨额破坏账单，人类社会生活将发生历史性的大倒退。 上述警告和说法不免有所夸大，但也并非没有科学依据。空间飞行器携带的仪器拍摄的极紫外单色像显示，地球周围的磁层目前出现了一个面积相当于4个地球的大洞，而且还在扩大。这是巨大的太阳风暴爆发的预兆。地磁层能阻止高能粒子进入地球，是地球的保护层，一旦地磁层受到太阳风暴的扰动，太阳爆发产生的大量高能粒子将乘虚而入，影响通讯，威胁卫星，破坏臭氧层，如果不早作防范，后果将不堪设想。历史上曾有过不少不算太严重的先例。1958年2月11日发生的一次全球性大磁暴(请参阅相关链接：磁暴的破坏)使世界各地无线电通信全部中断，瑞典的电力线和通信遭到破坏，铁路信号无法使用，磁暴引起的强大电流使绝缘材料起火燃烧，将安全阀和变压器烧毁。1975年发生的一次磁暴使欧洲和北美之间的无线电通信全部中断，欧洲和远东的电报联络受到严重干扰。2008年2月26日发生的一次磁暴释放出1500万亿焦耳的能量，发射了两个等离子体云，一个飘离地球，一个飘向地球，在加拿大和美国阿拉斯加都能看到飘向地球的等离子体云同大气作用产生的极光。这些磁暴都是太阳风暴造成的。
为了应对太阳风暴的威胁，2010年6月，美国宇航局科学家、政府决策者和研究^员齐集首都华盛顿，参加太空天气方面的高峰论坛，讨论太阳在2012年到2013年期间从“沉睡”中“苏睡”进入活动期引发的太阳风暴对地球的严重影响，以及如何采取措施做好空间天气监测工作，预防和减少太阳风暴带来的损失。事实上，美国宇航局早在2001年就形成了—个名为“生命与恒星”的计划，旨在研究和处理^类在太阳大气中生活的空间天气问题，特别是如何对太阳风暴进行预警。该计划规模宏大，将发射5组空间探测器组成—个飞船舰队“气象站”，以最新方式分布在广阔的太阳大气里面，观测太阳大气的各种状态。这5组空间探测器分别是：
——太阳动力学观测站。用高清晰度照相机拍摄太阳黑子和耀斑，以前所未有的清晰度揭示太阳风暴。
——太阳探测器。深入到距离太阳700万千米的太阳大气中，就地获取太阳风和磁场样品。
——太阳风暴检测飞船。一共有6艘，其中4艘分布在距离太阳3750万千米的位置上测量x射线、射电和中子辐射，获取高能粒子和等离子体信息，第5艘位于地球附近，在紫外和可见光波段观测日冕，最后一艘位于地球后面，检测太阳光球磁场。
——辐射带暴探测器。用来测量空间形成的相对论电子和离子对太阳活动和太阳风的响应。
——电离层一热层暴探测器。用来研究电离层和热层的密度分布以及地磁的不规则性。
2 太阳活动预测
透过天文望远镜可以看到，太阳表面有时会出现一些黑点，这就是有名的太阳黑子。太阳黑子是天文学家最熟悉的太阳活动形式，黑子来了又去，留下反映太阳活动水平高低的标记。科学家通过长期观测发现黑子数目和黑子群面积变化存在11年左右的周期性。后来又发现，黑子活动周期也就是太阳活动周期。
在一个太阳活动周期的末期，黑子数跌落到最少，太阳风暴数量减少到最小，一切变得很平静，这叫太阳极小。一般说来，太阳极小的时间不长，在太阳极小过去不到一年，就会出现下一个太阳活动周期(太阳极大)的上升迹象。但是，最近的太阳极小异乎寻常，即使太阳预报专家也无法判断下一个太阳活动周期会从何时开始。
2006年3月10日，美国有关方面宣布，太阳极小来了，黑子几乎为零，不存在太阳耀斑，太阳平静得很。根据这一现象，美国国家天文研究中心发出预报：一场50年来最强的太阳极大即将来临，太阳活动将比以前的周期强30％到50％。如果这—预报无误，就可能出现强度仅次于1958年的大太阳风暴。到了2007年年底，太阳仍然平静。美国科学家哈萨韦利用计算机模拟作出预测：2008年将出现比较多的黑子。哈萨韦说： “可以想象，下—个太阳活动周期将是—个‘非常显著’的太阳活动周期，有很多黑子、很多太阳风暴和很多能量释放到空间。”然而，实际观测结果显示，2008年的太阳比预计的平静得多，这一年有266天没有黑子，即73％的晴天太阳上没有黑子。这种情况即使在太阳极小的年份也很少见到(有记录以来，只有1913年太阳极小时出现过类似情况，那一年有85％的晴天没有出现太阳黑子)。到200’~，太阳活动继续变弱，直到2009年12月中旬才出现近几年来最大的黑子群。2009年以后，黑子几乎消失殆尽，少得连资深的太阳观测者都感到惊讶。
以上众多奇怪现象，让太阳物理学家也不知应该如何估计下—个太阳活动周期的发展趋势。这是—个值得重视的科学现象——在长时间的太阳极小过后，黑子出现了—个较长的恢复期，但恢复期标志却不明显。它和历史上出现的“蒙德极小期”极为相似(所谓“蒙德极小期”，是指1645年到1715年期间黑子几乎消失、太阳活动极其稀少的时期，发现者是德国科学家蒙德，故名之)。德国科学家弗洛指出，如果类似情况从现在开始延续到2100年，全球气温将平均降低0.3℃。他还预言，在2009年到2010年期间，欧洲将出现异常寒冷的冬季。实际情况果真如此，弗洛的研究结论得到了广泛支持。
那么太阳活动是如何影响地球气候的呢?美国女天文学家迪克帕蒂根据大量空间和地面望远镜观测结果提出，太阳上有两个气体输运带，它们是在太阳表面内外穿越的无限循环的物质和磁场。太阳输运带类 似于美国科幻电影《以后的日子》里的海洋输运带。电影里的海洋输运带是将所携带的水和热量从一个海洋输运到另一个海洋的循环网络，海洋输运带停止，全世界气候就变得一片混乱。太阳输运带携带的不是水，而是电流，是在太阳赤道到两极的磁环中往返流动的带电气体。正如地球上巨大的海洋输运带对地球天气有很大影响一样，太阳输运带也会对太阳天气产生巨大影响，具体来说，它能控制太阳黑子周期。
太阳黑子被科学家称为洞悉太阳磁场“灵魂”的窗口，它们形成的地方就是产生于很深的太阳内部的巨型磁环在穿过太阳表面时浮现和爆发的地方。由于浮现和爆发会失去部分能量，所以太阳表面这些地方的温度要低一些，看上去要暗一些，就像黑点，故被称为“黑子”。由此可知，黑子数的任何变化都反映着太阳内部的变化。只有在太阳黑子爆发的瞬间，我们才有可能真实地看到太阳的内部。另一方面，黑子是太阳“内部发电机”产生的紊乱磁场的扭结点(磁节)留在微弱磁场里的“尸体”。当输运带顶部从太阳表面掠过时，扫去废旧的老黑子磁场，携带着黑子“尸体”从太阳南、北极落入20万千米深的太阳内部。在那里，磁发电机效应又使黑子“尸体”产生浮力，浮到太阳表面成为新的太阳黑子。这一切发生得非常缓慢，完成—个循环大约需要40年的时间。
当太阳输运带变快时，意味着未来周期黑子活动将增强。大量观测表明，1986年到1996年期间太阳输运带变快，扫去了较多的老磁场，因此，在2010年到2011年期间，应当再次出现大黑子。哈萨韦认为，下—个太阳极大将出现在2010年或2011年，应当很“显著”，而且来得比较快。但迪克帕蒂预计，下—个太阳极大可能出现在2012年。两位科学家的预报有一年之差，说明现有的预报理论还不够完善，但不管根据哪种理论， “太阳风暴即将到来”这个结论是肯定的。
3 太阳耀斑爆发
2000年6月8日，加拿大北极地磁观测站突然与外界中断了联系，连手机也打不通。6月9日凌晨3时左右，我国满洲里、长春和兰州上空F2层电离层均遭到重创。9时，我国南方地区上空电离层临界频率出现明显下降。此后，在6月11日和7月份多次出现类似现象。研究证明，上述现象都与太阳耀斑爆发有关。
所谓“太阳耀斑”，是指太阳表面上局部区域突然大规模地释放能量。换句话说，耀斑就是太阳大气里的一种爆发活动。耀斑不仅出现在光学波段，在射电辐射、可见光、紫外线、x射线直到y射线的整个电磁波谱上都有。同时，还出现电子、质子和重离子等带电粒子的加热和加速过程。耀斑期间发射的x射会比平时增强1000倍，紫外辐射也有明显增强。x射线增加会大大增加地球大气中电离层的电子密度。全球导航和通信卫星都位于地球上方极易受太阳耀斑影响的位置上，很容易受到伤害，所以当出现太阳耀斑爆发增强时，短波无线电通信将受到严重干扰，甚至导致无线电通信中断。
1989年3月13日至14日，太阳耀斑造成的地球磁暴使全球无线电通信受到干扰，日本一颗通信卫星出现异常。美国一颗卫星的轨道下降。1994年1月20日至21日，两颗加拿大通信卫星在太阳耀斑的影响下发生故障。2000年西方万圣节期间，一系列太阳风暴连续袭击地球周围，至少造成两颗卫星失灵，60％的美国宇航局卫星上的计算机出现故障。1998年5月19日美国“银河4号”通信卫星因受太阳耀斑影响而失控，德国一颗科学卫星也报废。2000年7月14日在太阳耀斑严重影响下，欧美的多颗重要的科研卫星受到严重损害。2010年1月美国国家科学院公布的一份报告指出，不久后的一次“超级太阳风暴”将使美国经济损失1万亿～2万亿美元。在太阳活动22N峰年期间，全球定位卫星GPS9783发生了13次个位翻转错误，每次都与太阳耀斑有关。
研究认为，太阳耀斑还会对地球气候产生影响，给欧洲带来严寒(请参阅相关链接：太阳耀斑对地球气候的影响)。
相关链接
太阳耀斑对地球气候的影响
从理论上讲，太阳耀斑爆发将大量能量释放到行星际空间，以电滋辐射和高能粒子形式传到地球附近，因而应当对地球的温度产生影响。但以前科学家—直以为，太阳输出基本上固定不变，因此叫它“太阳常数”。15年前，美国宇航局和欧洲空间局共同发射了“日地观测卫星”(简称SOH0)，它对两个太阳极小、—个完整的太阳周期和另外两个太阳活动周期的—部分进行了观测。结果显示，在最近的太阳极小期，太阳输出比前面的平静期间低0.015％。美国宇航局在1980年发射的“太阳峰年卫星”也观测到太阳输出的变化，显示在同—个太阳周期里，几天或几周内太阳释放的能量可能变化0.1％，这些数字虽然不大，其意义却非常重要，说明“太阳常数”并不不是一个固定值，而是有微小的变化。
这些微小变化对地球气候有没有影响呢?从2003年起，空间飞行器在不同波长上测量了太阳输出的强度，证明地球气候变化不仅与太阳活动有关，而且与太阳电磁辐射中的紫外辐射关系密切。同太阳活动有关的紫外辐射是极远紫外辐射(ELW)。观测表明，EUV同太阳耀斑有很强的关系：在太阳耀斑爆发期间，ELW出现明亮的闪耀——ELW暴。这种闪耀有助于把耀斑爆发的能量带进空间，输送给地球大气层里的臭氧层。臭氧层位于大气层的同温层(又叫平流层)，能吸收紫外辐射，较多的紫外辐射进入同温层意味着在那里能形成较多的臭氧，而较多的臭氧将导致同温层吸收更多的紫外辐射，所以在太阳活动上升期间同温层将被加热。在同温层热量增加的背后可能意味着欧洲温度的升高。有科学家在1996年明确提出，同温层温度升高影响欧洲上空的高空气流从西向东穿过，还有科学家进—步指出，在太阳活动低的时候，高空气流容易碎裂形成巨大的“漫游者”，阻止来到欧洲的温暖的西风，让西伯利亚的北极风得以控制欧洲的天气
4 当太阳风袭来
有人形象地把“太阳上发生耀斑，地球上出现反应”比作：太阳打“喷嚏”，地球就“感冒”。这种“喷嚏”与“感冒”的关系表明，在太阳和地球之间存在我们看不见的“联络线”。这个“联络线”就是太阳风。巨大太阳风袭击地球所带来的灾难是巨大的。供电系统和通信网络将遭到破坏，信息不畅通，指挥不到位，没有警报，没有光明，使整个国家陷于混乱无序之中，空中交通管理失控，医院手术和其他治疗无法进行。没有电，没有互联网，电视或报纸都没有，人类文明将回到18世纪。
所谓太阳风，指从太阳上“吹”来的风，不过它不是空气流动，而是带电粒子流和磁场。太阳风有两种来源，一种是百万摄氏度高温的日冕物质自然膨胀形成的，叫做“宁静太阳风”，平均速度是每秒450千米；一种是太阳大气里的爆发活动产生的，叫做“扰动太阳风”，速度较高，—般在每秒1000千米以上，最 高可达每秒3200千米。在扰动太阳风中，有一种来自日冕物质抛射(CME)，也是太阳大气里的一种爆发活动，发生在太阳最外层大气——日冕上，是从日冕向外抛射物质。一次巨大的CME抛射的物质可达到180亿吨。CME一般是独立产生的，有时也和耀斑共生，有趣的是它还能在行星际空间产生。
太阳风“吹”到地球，将扰乱地球的磁层。地磁层是地球周围的—个保护层，—个看不见、摸不着的巨大磁化区域，是太阳高能带电粒子的天然屏障，正因为有了这道屏障我们才能安安稳稳地生活在地球上。地磁层的外边缘与行星际交界的地方叫“磁层顶”。在地磁南、北极上方的磁层顶形状像漏斗，它允许少量太阳风带电粒子“漏”进磁层，在地球附近沿磁力线绕圈子。同时向地球两极沉降，在沉降过程中与地球高层大气发生碰撞，发出灿烂的光芒，这就是极光。由于这些粒子只向地球两极沉降，所以极光一般只出现在两极地区上空，但在大量带电粒子“漏”进磁层的情况下，地球的中、低纬地区上空也有可能出现极光。
一般情况下，太阳风把地球向阳面磁层向里压缩，背阳面磁层向外拉伸形成长长的磁尾，磁层本身则岿然不动。当磁层受到扰动时，磁层防御太阳风的能力会削弱，让高能带电粒子进入磁层。一般的扰动称为“磁层扰动”，强烈的扰动称为“磁暴”。在磁暴期间，磁层失去防御能力，高能带电粒子便—拥而上，来到地球附近，产生各种效应，制造多种破坏：当太阳风掠过地球时将使电磁场发生变化，引起地磁暴、电离层暴，影响通信特别是短波通信；对地面电力网、管道发送强大感生电流，影响输电、输油、输气管等系统的安全，甚至造成管道爆炸；影响卫星在太空中的正常运行，破坏卫星上的仪器设备；大剂量辐射引起人体免疫力下降，造成病变、情绪波动，间接导致车祸等事故发生；使气温升高，致使生态环境失去平衡。
名词解释
太阳组成太阳由太阳大气和太阳内部两部分组成，太阳大气分为三层，由里到外分别是光球、色球和日冕，日冕又分为内冕和外冕。内冕是真正的太阳大气，外冕实际上是太阳大气向外延伸的部分。太阳内部位于光球里面，这里温度很高，压力很大，时刻进行着由氢转变成氦的热核过程，产生大量能量。太阳内部产生的能量由磁场输运到太阳大气里，供太阳活动和向外辐射。
太阳活动发生在太阳各层大气里的各种活动的总称，包括黑子、耀斑、谱斑、日珥和日冕物质抛射等。黑子产生在光球，耀斑和谱斑出现在色球，日珥和日冕物质抛射是日冕的活动现象。各种太阳活动之间有联系，但它们常常是独立出现的。
黑子周期日面上黑子数目和黑子群的面积都呈现由小变大和由大变小的过程。黑子数和黑子群的面积由极大－极小－极大所需的时间叫做黑子活动周期，约为11年。后来发现，这也是太阳活动周期。
太阳活动极大是指在一个太阳活动周期内太阳活动最频繁的年份。
太阳活动极小是指在一个太阳活动周期内太阳活动最不活跃的年份。
磁暴的破坏
地球磁层又叫地磁层或磁层，是地球的保护伞，有了磁层，我们才能安全地生活在地球这个宇宙绿洲上。如果没有磁层，一旦发生磁暴，我们将受到以下一系列的破坏和伤害：
生物系统 越来越多的证据表明，地磁场变化会影响生物系统，比如在地磁暴期间信鸽的导航能力会下降。信鸽、海豚和鲸等迁徙动物的体内都有“生物罗盘”，即包裹在束神经细胞里的矿物磁场。 “生物罗盘”使信鸽等迁徙动物拥有种叫做“磁接收”的能力。在磁暴期间，地磁场被扰乱，这些动物的磁接收能力就会减低甚至丧失，导致其导航能力下降。研究表明，人类在身体紧张时，其生物学系统也可能对地磁场起伏有响应。
通信系统 许多通信系统利用电离层把无线电信号反射到远方。电离层暴能影响一切纬度的无线电通信，一些无线电频率被吸收，另一些则被反射，导致信号快速涨落和出现意想不到的传播路线。太阳活动对电视和商业无线电网的影响较小，但在地面对空间、船舶对岸上方面，常使短波广播和业余无线电爱好者使用的频率受到骚扰。利用HF波段的无线电工作者可依靠太阳和地磁的警报，保持其通信线路正常运行，但一些军事探测系统和电报系统，则受到太阳活动的较大影响，主要如下：
——受太阳活动影响的军事探测或早期预警系统。包括：依靠从电离层弹回的信号在远距离上探测飞行器和远程导弹发射的超视距雷达，它们在地磁暴期间可能受无线电紊乱的严厉束缚；利用潜艇磁标识作输入定位的潜艇探测系统，它们在地磁暴期间可能输入假信号和错误信号。
——电报系统。以前的电报使用一根数千米长的金属线作为数据传输线，使用大地作为返回线，用电池提供直流电源。这样的线路容易受环流造成的涨落影响，当电池极性减弱或者加上过强的或假的信号时，地磁暴感应的电压与电流可导致信号减弱。操作员在这种情况下甚至切断电池电源，依靠感应电流作为电源。在极端情况下感应电流很高，会造成接收端爆裂起火、操作人员遭电击等恶性事件。地磁暴还会影响长途电话线，包括海底电缆(光纤电话线除外)。地磁暴对通信卫星的破坏是扰乱地球与空间的电话、电视、无线电和互联网。
导航系统 当太阳活动妨碍信号传播时，对GPS和远程导航系统造成不利影响。
卫星 地磁暴和太阳紫外辐射增强使地球上层大气加热，造成空气膨胀，当热空气上升时，远在1000千米远的卫星轨道上的空气密度会显著增加，从而增加空间对卫星的阻力，造成卫星速度减慢和下落，最后在空气中烧毁。较强的太阳活动曾造成美国的“天空实验室”空间站过早地再入地球大气层。在1989年3月发生的巨大磁暴期间，有4颗美国海军导航卫星离开服务轨道长达一个多星期，美国航天司令部还公布了受影响的1000多个飞行器新的轨道数。同年12月，著名的“太阳峰年卫星”也跑出了轨道。
地质考察 地质学家在研究石油、天然气和其他矿床时，常利用地磁场作为标识来确定地下岩石的结构，这种研究大多只能在地磁场静止时进行，因为这样才能真正探测到磁场标识，但也有一些研究只能在地磁暴期间进行，因为这时地下电流能帮助研究人员观测地球表面以下石油或矿物的结构。由于这些原因，许多研究者利用地磁警报和预报来安排他们的测量活动。
电网 当磁场相对于附近导体(如金属丝)移动时，导体中便会产生感应电流。在地磁暴期间，所有长传输线上都可产生感应电流。同样的机制在电报和电话线中也有效。因此，使用数千米长传输线的电力系统容易遭到感应电流的破坏。在这方面，中国、北美和澳大利亚尤其要注意。欧洲电网应用较短的电缆，受这种效应的影响小得多。
管道 快速起伏的地磁场可在管道里产生地磁感应电流，造成许多问题，如在管道里流动的物质发送错误的流动信息，使管道的腐蚀率急剧增加，等等。如果在磁暴期间不正确地使电流平衡，腐蚀率可能一次次增加。因此，管道管理者应收听空间 天气警报，提前做好防御性测量。
5 应对太阳风暴
前面所述的种种由太阳大气里的剧烈爆发活动(黑子爆发、耀斑爆发、日冕物质抛射等)释放的大量带电粒子所形成的高速粒子流，科学家称之为“太阳风暴”。根据美国宇航局发出的最新警告，在2013年第24个太阳极大到来时，地球上有可能遭遇“超级太阳风暴”的袭击。姑且不论届时是否真的发生“超级太阳风暴”，未雨绸缪、做好应对太阳风暴的准备无疑是必须的。
1859年的“卡林顿事件”是一个提醒(参阅相关链接：卡林顿事件)，不过当时没有手机，没有GPS导航系统，没有卫星，没有许许多多现代技术设备，人们只是借助电报网通信，运用罗盘进行全球导航，因此当时的太阳耀斑大爆发仅对电报网和罗盘产生了影响，使电报发不出去，罗盘失去作用，仅此而已。然而，今天的情况已大不相同，各种电器设备进入千家万户，电视机、电话机、手机、电脑等已成为平民百姓的日用器具，家家户户都用电、用煤气，电线、管道成为城市居民的生活必需品，并且已经发展到广大的农村。可想而知，在今天如果遭遇像：卡林顿事件，那样的太阳风暴，世界的经济损失和物质损失将远远大于当年。那么，面对严重太阳风暴的威胁，我们应该怎么办?
为了预防太阳风暴，我们首先要了解太阳风暴，这包括确定太阳极大到来的时间和太阳风暴打击地球的时间。当然，确定太阳极大到来的时间是困难的，因为巨大太阳风暴出现在太阳磁场周期(22年)和黑子周期(11年)的交会时间，如果太阳磁场周期和黑子周期正好是22年和11年，那么每隔22年就会出现巨大的太阳风暴。但是，11年的黑子周期只是一个平均值，实际上黑子周期曲线就像过山车，上下震荡得很厉害，有时是9年，有时是13年或14年。曲线的峰值和谷值差异也很大，有些峰值高，有些峰值低；有些谷值的持续时间异常短暂，仅两年，有些谷值的持续时间却拉得很长。例如在17世纪著名的“蒙德极小期”，太阳暴跌到70年无黑子。由于很难计算太阳磁场周期和黑子周期的交荡点，因此科学家无法给出産巨大太阳风暴的准确时间。
即将到来的第24个太阳活动周期基本上处在上述两个周期的交汇时间，所以科学家预报有可能出现巨大太阳风暴。由于预报专家组成员采用的计算模型不尽相同，得到的交汇时间有所不同，所以在2007年发布早期预报时，专家组中存在着尖锐分歧，最后大家接受了这样的方案：太阳极小在2008年，后面既可能在2011年出现一个强的太阳极大，也可能在2012年出现一个弱的太阳极大。
预报太阳风暴打击地球的时间关键在于观测，因为太阳风暴来自太阳大气活动，太阳大气活动的能量来自太阳磁场，太阳磁场产生于太阳内部，由输运带输运到太阳大气里，太阳大气里的磁场位形发生巨大变化就能出现耀斑，释放电磁波和高能带电粒子。如果耀斑位于日面中心，耀斑指向地球，只需8分19秒，电磁辐射就能到达地球，18小时后高能带电粒子就能来到地球附近，轰击地球大气，造成太阳风暴。而位于日面边缘的耀斑则需要等太阳自转将耀斑转到指向地球时，地球上才能接收到它的辐射，因此时间就会长一点。观测耀斑，了解耀斑发生的时间和位置，就能预警太阳风暴的发生。
美国宇航局的“先进综合考察卫星”目前正日夜不停地在太空进行监测，可以提前15～60分钟预警太阳风暴的发生。但实践结果表明，15～60分钟的预警时间对做预报是不够的。所以，太阳物理学家正在尝试了解太阳耀斑触发机制，以改善太阳耀斑预报能力。目前美国宇航局的“日地关系天文台”(STEREO)正在进行相关的探测试验。STEREO由两艘完全相同的飞船组成，彼此分开数百万千米，飞行轨道与地球轨道相同，一艘在地球前面，一艘在地球后面，到地球的距离相同。它们用相同的仪器观测太阳和地球之间的空间区域，搜寻太阳表面上方突然出现的膨胀等离子体泡。耀斑一旦爆发，两艘STEREO立刻从两个有利的观测点上分别进行探测。利用它们提供的观测资料，科学家可以重建太阳气体喷射三维图像，确定喷射方向，预测它们是否会打击地球。
一旦太阳风暴扰动和轰击地球大气，英国科学家就会启动“超级双极光雷达网”观测从南极和北极进入地球大气的粒子，了解太阳风暴如何同地球作用及其所产生的破坏性效应。不过，要从根本上了解太阳耀斑触发机制还得像“生命与恒星”计划描述的那样，用分布在太阳到地球之间的广阔空间的飞船舰队“气象台”严密监视太阳的一切活动。
预防太阳风暴最要紧的是建立危机感，认识我们正面临太阳风暴的威胁。太阳和地球之间有1.5亿千米的空间距离，从表面上看这是一个很安全的距离，但自空间时代以来，特别是最近几年，人们越来越认识到这1.5亿千米其实并不安全一来自太空飞船和地面的观测指出，地球位于太阳外大气层之中，被太阳风暴打来打去，经常受到太阳风暴的高能粒子袭扰。
在20世纪之前，太阳风暴对人类生活似乎并未产生什么影响，但在今天，空间天气对人类生活的影响越来越大。目前有500多颗人造卫星正绕着地球旋转，电视、电话、互联网、GPS导航和天气预报都要依靠它们，而它们对空间天气十分敏感；搭载着宇航员的“国际空间站”日夜不停地绕地球运行，它位于地磁场内部，享有地球的防护，但在不久的未来，宇航员还要去月球和火星，他们的旅途大部分都将在地磁场外面，太阳风暴将直接危及宇航员们的安危。所以，关注太阳风暴并积极应对它们显得越发重要。
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卡林顿事件
1859年8月28日至9月2日，光洁的太阳表面上出现了许多黑子。9月1日，为了研究太阳黑子，英国天文学家卡林顿在红日升起的时候走进观测室，打开天窗，开始工作。像往常一样，他把大望远镜指向太阳，铺开纸，用笔画起黑子来。11时18分，正当他画好一个结构复杂的大黑子群时，他的眼前突然一亮：黑子群里闪出两个明亮的小光点，它们快速地向同一方向移动，5分钟后消失在黑子群中。起初，这并未引起卡林顿的太多注意，但在18个小时后，欧洲许多地磁观测站记录到了强烈的地磁扰动，印度孟买戈拉巴天文台测量到地磁水平分量减少，同时电报发不出去，罗盘的指针不停地摆动，短波无线电波传不出去。更令人费解的是，当晚北欧和美洲北部大部分地区的天空中出现了五彩缤纷的极光，红的、绿的、蓝的，像天鹅绒似的，美丽极了。美丽的极光甚至在夏威夷、墨西哥、古巴和意大利上空都能看到。这就是著名的“卡林顿事件”。
卡林顿看到的亮点其实就是太阳上的巨大耀斑。一个大耀斑可发射高达60亿亿亿焦耳能量，比1000万座巨大火山爆发释放的能量还要多。1945年8月6日，美国在日本广岛投下一枚原子弹，将面积本来就不大的广岛市大部分夷为废墟。然而，同太阳耀斑相比，原子弹的爆炸力真是小巫见大巫。太阳耀斑释放的能量比1001乙枚原子弹同时爆炸产生的能量还大，相当于100亿枚氢弹爆炸。如果用这些能量来发电，可发出2万亿亿千瓦电，可供63万亿只100瓦的电灯泡日夜不停地照明1亿年!
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2010年8月初，太阳活动加剧，发生一系列大规模爆发，一波又一波的高能带电粒子流穿越漫长距离到达地球。8月4日～10日夜，北美洲部分地区尤其是美国密歇根州天清气朗，人们有幸目睹并拍摄下太阳风暴干扰地球磁场所造成的美丽极光。