地球有太空龙卷风问题

一位艺术家在驻扎在太阳和地球之间的三角锥形结构中的 SWIFT 星座中渲染的航天器。太阳帆允许金字塔顶端的航天器在没有传统燃料的情况下保持空间站。  图片来源：Steve Alvey / 密歇根大学

（蜘蛛网eeook.com）据《大众科学》（安德鲁·保罗）：就像地球的严重雷暴一样，太阳风暴也会造成各种破坏。2024 年 5 月，太阳表面喷发的耀斑将大量带电等离子体羽流送向地球。它们强大的地磁力最终使电力线跳闸，扰乱了卫星轨道，甚至迫使一些飞机改变飞行路径。

与气象学家可用的全球一系列监测工具不同，天文学家观察即将到来的宇宙爆炸的途径要少得多。但根据密歇根大学 （UM） 研究人员进行的先进计算机模拟，我们对他们所说的“太空龙卷风”的准备就更少了。根据他们 10 月 6 日发表在《天体物理学杂志》上的研究结果，研究人员认为一种解决方案可能涉及一系列航天器监视器，其中包括一个配备太阳帆的监视器。

太阳风涉及流体能量的复杂、动态相互作用，就像地球的风一样。长期以来，专家们一直在分析被称为日冕物质抛射 （CME） 的最强烈的例子。这些快速、致密的等离子体云平均横跨 3400 万英里宽，但现有的计算机模拟可以处理窄至 700 万英里宽的变体。

然而，太阳风暴并不总是产生如此巨大的排放。有时，太阳会产生相对较小的通量绳，宽度仅为 3,000 至 600 万英里，远远达不到以前的模拟能力。这些太空龙卷风仍然会损害地球的电网和数字系统。最近，包括密西根大学气候和空间科学家奇普·曼彻斯特在内的研究人员设计了一个全新的模拟系统，以应对更小、更难检测的事件。由此产生的数据表明，这些太空龙卷风也不容小觑。

曼彻斯特在一份声明中说：“我们的模拟表明，这些涡流中的磁场可能足够强，足以引发地磁风暴并造成一些真正的麻烦。

该团队的模型表明，许多太空龙卷风以日冕物质抛射的形式形成，并穿过移动速度较慢的太阳风。随后与太阳风的相互作用会抛出旋转的等离子体结构，类似于扫雪机将雪推到路边的方式。有时这些龙卷风会消散，但在其他情况下，它们最终会撞击附近的太阳风流。瞄准太阳的望远镜可能会搜索日冕物质抛射，但它们没有设备来标记这些类似龙卷风的通量绳。

“这是一个国家安全问题，”研究员兼研究合著者 Mojtaba Akhavan-Tafti 补充道。“我们需要主动寻找像这些与地球绑定的磁通绳这样的结构，并预测它们在地球上的样子，以便为电网规划者、航空公司调度员和农民发出可靠的太空天气预警。”

Akhavan-Tafti 及其同事解释说，只有当磁场强烈向南时，太阳风才会产生地磁风暴。专家们已经使用位于地球和太阳之间的航天器来监视直接的、即将到来的太阳风暴。然而，太阳可以向任何方向喷射等离子体云。太阳一侧与地球相对的日冕物质抛射仍然容易产生更小的太空龙卷风，其路径最终指向地球。太阳漩涡的这些对面是那些在当前星座系统下不会被注意到的涡旋。

曼彻斯特将这种情况比作试图使用从单个风速计收集的信息从远处监测飓风。

“你会看到测量值的变化，但你不会看到风暴的整个结构。这就是单航天器系统的现状，“他说。“我们需要来自多个太空气象站的观点。”

一种解决方案可能是 Akhavan-Tafti 领导的一个名为“空间天气调查前沿”（SWIFT） 的项目。作为美国宇航局任务概念研究的一部分，该提案将看到四艘相同的航天器发射到彼此相距约 200,000 英里的三角锥形中。然后，第五个枢纽航天器将作为金字塔的顶点指向太阳展开。然后，SWIFT 的设置可以监测太阳风向地球传播时的波动，其定位可将预警时间加快 40%。

然而，如果不进行额外的修改，有一个主要缺点。为了对抗太阳的引力，SWIFT 的顶点探测器需要大量的燃料。但作为美国宇航局单独的太阳巡洋舰任务的一部分，解决方案可能已经在研究中。如果航天器具有大约足球场大小三分之一的可展开铝帆，其表面可以捕获足够的光子能量来充当太空中的太阳锚。

“如果太阳和地球之间的太空中存在危险，我们就不能只看太阳，”阿卡万-塔夫蒂说。

目前，SWIFT 仍然是一个任务提案，而不是一个具体的行动计划。它的任务寿命为三年，也旨在作为通往更大、更全面的监测系统的垫脚石。但是，尽管太空龙卷风和太阳帆听起来像科幻小说中的东西，但它们都可能在人类的宇宙未来中发挥重要作用。