全美航班停飛，罪魁禍?zhǔn)渍娴氖恰笆吩娂墶钡奶栆邌幔?

2023年已經(jīng)到來，大家逐漸恢復(fù)了生龍活虎的狀態(tài)，而太陽似乎也耐不住寂寞，前來湊熱鬧：北京時間1月6日、1月9日和1月10日，太陽上相繼爆發(fā)生了三次較強的耀斑。其后，在美國東部時間1月11日，美國的民航運輸發(fā)生大癱瘓，全美航班悉數(shù)停飛。

有一些媒體在報道時，將這段時間的太陽活動和美國航班停飛聯(lián)系在了一起，稱是這些“史詩級”的太陽耀斑引發(fā)的地磁暴，導(dǎo)致了全美航班的停運事故。

1月9日X1.9級耀斑的極紫外觀測圖像，左側(cè)的閃光即為耀斑爆發(fā)。（圖片來源：NASA）

但是，事實真的是這樣嗎？

簡單直接的回答是：近期爆發(fā)的耀斑并非美國航班停飛的罪魁禍?zhǔn)祝@幾次耀斑也遠談不上“史詩級”，但包括耀斑在內(nèi)的太陽爆發(fā)，的確能夠?qū)е绿囟ê骄€的民航飛行受到影響。

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美國航班停飛的原因是什么呢？

根據(jù)美國聯(lián)邦航空局（FAA）網(wǎng)站上就本次停飛事件發(fā)布的消息，造成全美航班集體趴窩的原因是發(fā)布航行通告的NOTAM（NOtice To Air Missions)系統(tǒng)癱瘓了。在航班飛行前和飛行過程中，飛行員和與航班運行相關(guān)的各個部門都要通過該系統(tǒng)，獲取事關(guān)飛行安全及效率的關(guān)鍵信息。根據(jù)目前FAA初步的調(diào)查結(jié)論，NOTAM系統(tǒng)的癱瘓原因來自于自身的bug，與太陽耀斑沒有關(guān)聯(lián)。

FAA針對航班停飛發(fā)布的聲明，聲明指出NOTAM系統(tǒng)的癱瘓可能由于自身數(shù)據(jù)庫文件的問題。（圖片來源：FAA）

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真的是“史詩級”的太陽耀斑嗎？

要弄清近期爆發(fā)的這三個耀斑是否是“史詩”級，要從耀斑的級別來看。耀斑是太陽上一種輻射突然增強的局部爆發(fā)現(xiàn)象。耀斑級別的劃分，則是根據(jù)耀斑爆發(fā)釋放的軟X射線強度（嚴格的說是“通量”，這里不展開解釋這個名詞）的最大值來確定。

首先，我們將耀斑由弱到強分配到A、B、C、M、X 等幾個等級范圍，再根據(jù)某次耀斑事件的具體強度來確定字母后的數(shù)值。我們可以簡單的把字母理解成耀斑的“年級”，把字母后的數(shù)字理解為耀斑在年級中的“分數(shù)”。

2023年1月份已經(jīng)爆發(fā)的這三次耀斑，分別為X1.2、X1.9和X1.0級，確實屬于耀斑家族中最強的X級，但距離“史詩”這個級別則仍有很大差距。

歷史上記錄到的最強耀斑是2003年11月4日爆發(fā)的X28級耀斑。而X28的定級并非來自準(zhǔn)確的測量，因為耀斑強度已經(jīng)超過了當(dāng)時衛(wèi)星上測量設(shè)備的量程，實際的級別可能比X28更高。

而史上15個最強耀斑的“分數(shù)線”，也在X9.0級，遠高于2023年1月這幾個耀斑的強度。因此，打個比方來說，2023年1月的幾個X級耀斑就像人群中身高在一米八左右的人一樣，雖然稱得上是高個子，但還沒有到姚明的程度，并不能稱為“史詩”。

從實際影響地球的情況看，這幾個耀斑對地球的影響主要集中在電離層變化導(dǎo)致的短波通信異常上。美國空間天氣預(yù)報中心在X1.9級耀斑爆發(fā)后，發(fā)布了地球附近高頻無線電通信質(zhì)量的R3級預(yù)警。該機構(gòu)對無線電通信的預(yù)警分為5級，R3級處于中檔水平，而這一等級的預(yù)警在為期11年的太陽活動周中平均會發(fā)出175次。不過，地球附近的高能粒子環(huán)境沒有很大的變化，2023年1月上半月也僅有一次較弱的地磁暴?？偠灾?，這幾次耀斑對地球附近空間環(huán)境的影響相對有限。

同時，耀斑本身不能直接誘發(fā)地磁暴。雖然耀斑和另一種太陽爆發(fā)現(xiàn)象——日冕物質(zhì)拋射（CME）經(jīng)常結(jié)對出現(xiàn)，但就如同雷電不能濕潤大地，澤被萬物的是從天而降的雨滴一樣，引發(fā)強地磁暴的一般是日冕物質(zhì)拋射，而不是耀斑。

日冕物質(zhì)拋射在日冕儀中的圖像。日冕物質(zhì)拋射和太陽耀斑經(jīng)常伴隨出現(xiàn)，爆發(fā)過程也可能存在關(guān)聯(lián)，但并非同一種現(xiàn)象。（圖片來源：NASA）

03

太陽耀斑對民航有什么影響呢？

那么，排除這次耀斑事件與航班停飛的直接關(guān)聯(lián)后，民航界是否就可以對太陽耀斑的影響高枕無憂了呢？答案也是否定的。

從北美向東亞飛行時，綜合球面上的最短路徑和大氣環(huán)流方向等因素，相比于橫跨太平洋，使用北極上空的航線則更為經(jīng)濟高效。航空公司可以由此節(jié)省燃油成本，為機組和旅客節(jié)約飛行時間。

以波士頓飛往香港的航線為例，使用極區(qū)航線每次可以節(jié)省138分鐘的飛行時間和33000美元的飛行成本。然而，在2003年10月底到11月初的一段時間內(nèi)，包括史上最強的X28級耀斑在內(nèi)的一系列強烈的太陽爆發(fā)，使得北極部分航路無法使用，F(xiàn)AA要求航空公司選擇較低緯度的航路繼續(xù)執(zhí)行航班，造成了燃油消耗和飛行時間的增加。

2003年10月至11月的極區(qū)航路情況。由于HF無線電通信可靠性的下降，原來經(jīng)由Polar3航路的飛行的航班被要就改用Polar4乃至更低緯度的航路。（圖片來源：NOAA）

航路中斷的罪魁禍?zhǔn)资菢O區(qū)高頻（HF）無線電通信的中斷。由于北極地區(qū)陸地稀少、荒無人煙，無法沿航路布置空中交通管制常用的甚高頻（VHF）無線電收發(fā)臺，只能依賴傳播距離較長的HF波段。在地球大氣層的頂部，有一層被稱作“電離層”的圈層。HF無線電通信質(zhì)量的好壞直接受電離層控制。在耀斑使電離層發(fā)生劇變時，原本可以遠距離傳輸?shù)腍F波段不再可用，空中交通管制人員無法有效指揮極區(qū)的空中交通，因而部分極區(qū)航線不得不停用。在緯度較低的地區(qū)，雖然跨洋飛行時的HF無線電傳輸也受到了影響，但尚能夠依賴靜止軌道的通信衛(wèi)星維持一部分通信，而北極則是靜止軌道通信衛(wèi)星的盲區(qū)。

2003年10月至11月的輻射告警區(qū)域，該區(qū)域標(biāo)記為紅色。民航管理部門建議該區(qū)域的航班降低巡航飛行高度，減少接收到的輻射劑量。（圖片來源：NOAA）

即便北極的HF通信能夠勉強恢復(fù)，輻射也是極區(qū)飛行需要考慮的一個風(fēng)險。極區(qū)是太陽活動輻射效應(yīng)影響民航飛行最強烈的區(qū)域。當(dāng)然，如果你不是每周幾次往返于北美和東亞之間，無需為此擔(dān)心。在太陽活動相對平靜的時段內(nèi)，跨越極區(qū)的單次飛行所受到的輻射劑量在0.1-0.2mSV之間。而有關(guān)機構(gòu)推薦的每年飛行過程中接收到的輻射劑量上限為1mSV。

但是，如果太陽活動異常劇烈，則應(yīng)該留心此時的輻射情況。1859年曾經(jīng)爆發(fā)過一次真正的“史詩級”太陽耀斑。如果同樣的事件發(fā)生在現(xiàn)在，單次極區(qū)飛行所受到的輻射可高達20mSV。若此時仍在極區(qū)飛行，會對乘客和機組人員本人帶來健康風(fēng)險。當(dāng)然，各國的空間天氣監(jiān)測預(yù)報機構(gòu)也在緊盯“航空輻射”的情況。在2023年10月至11月期間，相關(guān)機構(gòu)就曾發(fā)出通告，建議在緯度35度以上飛行的長途航班，將巡航高度由40000英尺降低至36000英尺。這樣雖然同樣會增加油耗，但卻能夠更多的利用大氣層的輻射屏蔽效應(yīng)，保護乘客和機組人員的健康。

太陽活動有著11年的周期，隨著太陽從2019年底的極小期“沉睡”中逐漸蘇醒，并逐步向2024—2025年的極大期邁進，未來幾年還會有越來越多的太陽活動，可能對地球上的方方面面產(chǎn)生影響。

在互聯(lián)網(wǎng)傳播發(fā)達的今天，有些報道為了提升自身的關(guān)注度，對一些新聞事實進行不切實際的夸大和演繹。建議大家還是盡可能的多關(guān)注主流媒體和權(quán)威渠道發(fā)布的信息，比如科普中國賬號。

參考內(nèi)容：

1. 中科院空間環(huán)境預(yù)報中心發(fā)布的“本周綜述”和監(jiān)測數(shù)據(jù)，http://www.sepc.ac.cn/。

2. NOAA，2004，Service Assessment：Intense Space Weather Storms October 19 – November 07, 2003

3. NOAA, 2004, Technical Memorandum OAR SEC-88, HALLOWEEN SPACE WEATHER STORMS OF 2003

出品：科普中國

作者：李會超 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）

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