31年前的北美大停电 背后的神秘力量是谁？

本文转自微信公众号“科学大院”，作者：胡平 

31年前的今天（1989年3月13日）凌晨，加拿大魁北克省莫名其妙地发生了一起诡异的大面积停电事件。当时正值寒冬时节，当地的气温低至零下20℃，每家每户靠着不停工作的暖气才能安稳入睡。凌晨2点44分，暖气突然停止运转，寒冷趁虚而入，停电了。城里彻夜不歇的路灯和交通灯也暗了下来。全城陷入了一片死寂般的黑暗。

突发的停电遍及魁北克省，就连北美其他一些地区也受到波及。地铁、火车、飞机等交通工具也无法正常运行，许多工作职能被迫停滞，约600万人的工作生活受到了影响。没有提前做好停电的预备措施，长达12小时停电致使停电地区遭受了经济重创，全省累计损失36亿美元。

操控“末日”停电的神秘力量

当时魁北克省的主要电力供应由魁北克水电站负责，事发突然且严重，但奇怪的是，魁北克水电站根本不知道发生了什么事。他们只知道电网突然中断，从开始到完全停电只用了短短92秒。似乎有一股神秘的力量在操控着这场停电事故。

魁北克水电站（图片来源: https://vkool.com/）

魁北克莫名被黑暗笼罩，而前一天晚上，美国的纽约州以及佛罗里达州等地区却罕见地出现了极光。通常北极光只在冰岛、俄罗斯等高纬度地区出现，当时在如此低纬度的地区出现极光，可以说是千载难逢的景观了。

罪魁祸首是谁呢？真正的罪魁祸首竟然不是地球上的敌人，而是人们毫无防备的太阳。

极光（图片来源：veer图库）

在事故发生前三天，也就是3月10日，太阳发生了一次剧烈的太阳风暴。短短几分钟内，太阳释放的能量几乎相当于同时引爆了数千颗核弹，这股力量径直向地球袭来。地球原本是以南北极为两极的巨大磁体，磁场保护其不受宇宙辐射的损害。

这次太阳产生的风暴以大量等离子体的形式向地球冲击，这些等离子体对地球的磁场进行了一次剧烈的扰乱，称为地磁暴。地磁暴破坏了原本的磁场，所以本应在两极出现的极光发生了紊乱。通常用Dst表示地磁暴的强烈程度，Dst低于-100nt时为强磁暴，Dst达到-300nt时为超强磁暴，而这一次停电事件中，Dst最低达到了-589nt。剧烈的磁暴使地磁场不断摆动，于是在北美的部分地区产生了较大的额外感应电流，感应电流侵入魁北克水电站的电路中，造成了严重负载，烧毁了电路。所以才有了这次大规模的停电事故。

其实这股等离子流的能量不至于造成如此严重的灾害。巧的是，在前一天，3月9日也发生了一次太阳爆发。这次爆发的等离子流还未到达地球时，3月10日再次爆发了一次更加剧烈的太阳风暴。第二股等离子流以更快的速度撞向地球。两股宇宙能量汇合，组成了一股更强烈的等离子流，朝着地球前进。

我们能否预测太阳活动的产生？

太阳为什么会产生太阳风暴呢？我们能不能预测太阳风暴的产生呢？经过这次严重的停电事故后，这都成了人们想要了解的问题。太阳风暴，指的是太阳上的剧烈爆发活动及其在日地空间引发的一系列强烈扰动。太阳爆发活动是太阳风暴的起源。太阳活动主要包括太阳黑子、耀斑、暗条或日珥和日冕物质抛射等。太阳风通常由较强的太阳耀斑和日冕物质抛射引起。

太阳活动与地球磁场作用（图片来源：http://tech.firefox.sina.com/）

太阳黑子是一种发生在光球层上的太阳活动，其很少单独活动，通常是成群出现。太阳黑子存在约为11年的活动周期，其活跃时会对地球上的气候产生影响。众多事实表明：太阳黑子的形成是通过磁流浮现实现的。

太阳耀斑是一种剧烈的爆发现象。它通常发生在太阳大气局部区域，能在短时间内释放出大量能量。耀斑与磁通量浮现有着密切的关系，耀斑的能量来源于磁场。

日冕物质抛射是携带磁力线的巨大的泡沫状气体从太阳中抛射出来的过程。其表现为在短时间内从太阳向外抛射一团日冕物质，使日冕受到扰动，从而剧烈地改变了日冕的形态和磁场位形。日冕物质抛射是由于日冕大尺度磁场平衡遭到破坏引起，其破坏了太阳风的流动，产生的干扰对地球有巨大的影响。

（a）太阳黑子（b）太阳耀斑（c）日珥（d）日冕物质抛射（图片来源：搜狐网、维基百科）

那我们到底能不能预测太阳风暴或者太阳活动的产生呢？目前，我们有两种方法。

一是通过对太阳活动的观测记录来掌握太阳活动的规律，达到预测目的。但除了我们已经了解到的太阳黑子11年的活动周期外，其他太阳活动规律性并不是很强，并且，强烈的太阳活动往往不符合规律。二是通过精确的太阳磁场测量，建立理论模型进行空间天气以及太阳活动的预测。如今，国内外众多的科研机构都致力于太阳的观测与测量。2020年1月，美国夏威夷毛伊岛山顶的DKIST太阳望远镜（4米级）就拍摄出了人类迄今为止最清晰的太阳照片。国内的1.8米级太阳望远镜也为太阳的观测与测量做出了极大的贡献。

人类迄今为止最清晰的太阳照片（图片来源：搜狐网）

结语

太阳，这个赋予我们，赋予地球生命的火球，我们离它那么近，又那么远。我们与它相依为命，但我们却远远不够了解它。我们知道的是，它内心非常火热，但对我们还是很温柔的，即使偶尔它会发点小脾气。

茫茫宇宙，渺小的人类如同沧海一粟，我们需要心怀敬畏。

作者单位：中国科学院光电技术研究所