美国地球物理联盟(American Geophysical Union)杂志《空间天气》(space weather)的一项新研究显示,2017年9月初,太空和地球天气的一个不幸巧合,导致了紧急飓风应急响应期间的无线电中断数小时。这项新研究详细描述了太阳和地球上发生的事件是如何并排展开的,据研究报告的作者说,这项研究可能有助于太空天气预报和反应的发展。
9月6日,三场飓风在大西洋上空形成一道危险的线。5级飓风“伊尔玛”清晨袭击了加勒比海背风群岛的巴布达,并向圣马林、圣巴勒米、安圭拉和维尔京群岛驶去,造成巨大破坏。热带风暴卡蒂亚在墨西哥湾上空盘旋,热带风暴何塞从公海上靠近。当天晚些时候,两人都被升级为飓风。
在1.5亿公里(9300万英里)外的太阳表面,另一场风暴正在酝酿之中。当地时间9月6日上午8时左右,X-2.2级和X-9.3级太阳耀斑爆发。美国国家海洋和大气管理局的空间天气预报中心警告说,包括加勒比海在内的大部分地区都将受到强烈的无线电信号影响。
根据新的研究,协助岛上紧急通讯的业余无线电操作员向飓风观察网报告说,由于太阳的活动,无线电通讯在9月6日清晨和午后的大部分时间都处于中断状态。法国民航报告说,9月6日,法国民航与一架货机失去了90分钟的联系。美国国家海洋和大气管理局(NOAA) 9月14日报告说,用于航空、海事、业余无线电和其他应急波段的高频无线电在9月6日长达8小时内无法使用。
9月10日,另一颗x级大耀斑从太阳上喷发出来,中断了三个小时的无线电通讯。这次破坏发生之际,加勒比共同体正在应对4级飓风乔斯(Jose)袭击下风群岛(Leeward Islands)和巴哈马群岛(巴哈马群岛),以及伊尔玛(Irma) 9月8日穿越巴哈马的小依纳瓜(Little Inagua), 9月9日穿越古巴。
“太空天气和地球天气一致,加剧了加勒比地区本已紧张的局势,”美国国家海洋和大气管理局国家环境信息中心(NOAA)的空间科学家罗布·雷蒙(Rob Redmon)说。“如果我去找业余无线电话务员,他们一直在给我发信息,不管是移动设备还是找人,或者只是说我对别人好,突然我在这一天就不能这么做了,那样会很有压力。”
鲍比·格雷夫斯(Bobby Graves)是一位经验丰富的业余电台播音员,他在密西西比州杰克逊附近的家中负责管理飓风监测网。“飓风观察网”是一群受过训练并组织为国家飓风中心在风暴紧急情况下提供通信支持的业余无线电操作员。
“你可以听到太阳耀斑的声音。就像听到培根在锅里煎,突然间变得很静,就像有人把灯完全关了,你什么都听不到。这是去年发生的两件事,”格雷夫斯说。“我们必须等到太阳耀斑的能量减弱后,我们的信号才能从大气中反射回来。”这是一种无助的处境。”
这项新研究详细描述了9月4日至13日太阳活动及其对无线电通信的影响,这是对2017年9月太阳活动的《空间天气》杂志的综述。该研究的作者说,9月份地球和太空天气的碰撞提醒人们,太阳活动可以在任何时间发生,也可能与其他紧急情况同时发生。
这项研究的作者说,研究中的信息可以帮助科学家改善太空天气预报和反应。他们说,通过了解太阳和地球上的事件是如何发生的,科学家可以更好地了解如何预测和准备未来的事件。
这项新研究显示,太阳耀斑影响了短波无线电通信,业余爱好者和专业人士在应急响应工作中使用了短波无线电通信,尽管它没有详细说明应急工作如何受到无线电中断的影响。
英国拉瑟福德阿普尔顿实验室(Rutherford Appleton Laboratory)的太空天气负责人、与这项新研究没有关联的科学家迈克·哈普古德(Mike Hapgood)说:“防止太阳活动对GPS造成危险干扰的防护措施发挥了作用。”在很多方面,我们都做好了准备。一些可能造成大问题的东西没有,但短波收音机在太阳活动期间总是很难使用。但优秀的无线电操作者意识到了这些事件,并将努力克服这些问题。
“太阳提醒我们,它就在那里,”哈普古德补充说。“在过去的10年里,太阳一直很安静。它提醒人们不要自满。
意想不到的空间天气
2017年的耀斑是自2005年以来最大的一次,也是迄今为止记录最好的太阳风暴,它是在地球和太阳之间的轨道上,在地球和火星上观测到的。
太阳耀斑释放出来自太阳的x射线,以光速向四面八方扩散。强烈的耀斑可以干扰无线电和航空通讯。太空气象预报员只有几分钟的时间向宇宙飞船、航空和其他管理人员发出警告。
太阳耀斑的x射线与地球上空50-1000千米(30-600英里)的大气层相互作用,在一个叫做电离层的区域。短波无线电通信通过从电离层反射信号并将其折射回地球来进行。当太阳释放出x射线时,就像9月初释放的耀斑一样,释放到电离层的额外能量可以使它吸收高频无线电信号,就像业余无线电爱好者使用的信号一样。
9月6日和10日的耀斑还伴随着高能太阳物质爆炸从太阳中爆炸出来,形成一个比地球大得多的膨胀气泡。这种日冕物质抛射会在一到三天内到达,有可能破坏人类科技的最大破坏。日冕物质抛射产生的地磁风暴会破坏电网,扰乱GPS系统,破坏或中断与包括气象卫星在内的航天器的通信。
美国国家海洋和大气管理局的空间天气预报中心发布了9月7日至9日可能出现严重地磁风暴的警告。
一个不幸的巧合
宇宙天气的突然爆发与大西洋的飓风活动同时发生。
伊尔玛是有史以来最强大的大西洋飓风之一,持续风速为每小时287公里(每小时175英里),以最大的强度袭击了巴布达岛,摧毁了岛上95%的建筑。这场风暴摧毁了在巴哈马的圣马丁、安圭拉、大依那瓜和弯曲岛以及美国和英属维尔京群岛的大部分房屋和基础设施。它在古巴群岛、特克斯和凯科斯以及美国东南部造成电力中断和破坏。据国家飓风中心(National Hurricane Center)的数据,飓风带来的狂风和暴雨在加勒比海造成37人死亡,在美国大陆造成10人死亡。
雷德蒙说,在9月的危机期间,加勒比海紧急情况和气象网记录下了许多“无线电信号”,这些信号通过业余无线电运营商向这些岛屿和大陆上焦虑的家庭成员传递生存信息。
雷德蒙说:“看到那本航海日志,我真切地体会到了这场风暴的人性。”“它把人性融入了科学。”
业余无线电爱好者经常志愿向岛屿社区和船只传播国家气象局的危险信息,报告实时的地面状况和对国家飓风中心的破坏,并协助红十字会进行通讯。
汉姆广播公司的格雷夫斯说,许多被风暴困住的人喜欢通过业余广播听到友好的声音,转播最新的天气预报,即使他们无法回复。格雷夫斯说,在一场风暴中,业余无线电志愿者竭尽全力寻找受灾地区可能仍在传播的独立电台。
他说:“这个地区的很多人都在问我们:我们听说何塞在埃尔玛后面,这事会怎么样?”
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