31年前加拿大那場詭異的大停電，到底是誰造成的？

2023-04-01 06:31:14 1

作者:胡平(中國科學院光電研究所)

本文來源於中國科學博覽會的家庭科學綜合體(身份證:薛蝌大源)

1989年3月13日清晨，加拿大魁北克莫名其妙地發生了一次奇怪的停電。當時，正值寒冷的冬季，當地溫度低至零下20攝氏度。只有持續供暖，每個家庭才能睡得很香。凌晨2點44分，中央供暖系統突然停止運行，寒冷進入室內，電力中斷。城市裡徹夜未眠的路燈和交通燈也變暗了。這座城市陷入了一片死寂。

突然停電波及整個魁北克省，甚至北美的其他地區也受到了影響。地鐵、火車、飛機等交通工具也無法正常運行，許多工作功能被迫停滯，影響了約600萬人的工作和生活。由於未能提前做好停電準備，導致12小時停電，嚴重影響了停電地區的經濟，全省累計損失36億美元。

控制「世界末日」停電的神秘力量

當時，魁北克的主要電力供應由魁北克水電站負責。這一事件是突然而嚴重的，但奇怪的是，魁北克水電站不知道發生了什麼。他們只知道電網突然被切斷，從開始到完全停電只花了92秒。似乎有一種神秘的力量控制著停電。

魁北克水電站(照片來源:https://vkool.com/)

魁北克神秘地籠罩在黑暗中，而前一天晚上，極光在紐約和佛羅裡達很少見。通常北極光只出現在高緯度地區，如冰島和俄羅斯。當時，北極光出現在如此低的緯度，這可以說是一生一次的景象。

誰是罪魁禍首？真正的罪魁禍首不是地球上的敵人，而是人們毫無準備的太陽。

奧羅拉(照片來源:維爾畫廊)

事故發生前三天，也就是3月10日，太陽經歷了一場嚴重的太陽風暴。在短短幾分鐘內，太陽釋放的能量幾乎相當於同時引爆數千枚核彈，這種力量直接撞擊地球。地球最初是南極和北極的一塊巨大磁鐵。磁場保護它免受宇宙輻射。

太陽產生的風暴以大量等離子體的形式撞擊地球，強烈幹擾地球磁場，稱為磁暴。磁暴破壞了最初的磁場，所以原本應該出現在兩極的極光受到了幹擾。夏令時通常用於指示地磁風暴的強度。當Dst低於-100nt時，為強磁暴；當Dst達到-300nt時，為超強磁暴。在這次停電中，Dst已經達到最小值-589nt。強烈的磁暴導致地磁場持續擺動，從而在北美部分地區產生大量額外的感應電流。感應電流侵入魁北克水電站電路，造成嚴重負載並燒毀電路。這就是為什麼會有大規模停電。

事實上，這種等離子流的能量不會造成如此嚴重的災難。巧合的是，前一天，3月9日，也有一次太陽爆發。在等離子體爆發到達地球之前，一場更嚴重的太陽風暴於3月10日再次爆發。第二股等離子流以更快的速度撞擊地球。這兩種宇宙能量融合形成一股更強的等離子流，向地球前進。

我們能預測太陽活動的產生嗎？

為什麼太陽會產生太陽風暴？我們能預測太陽風暴的發生嗎？在這次嚴重的停電之後，這成了人們想知道的問題。太陽風暴是指太陽上的劇烈噴發活動和太陽與地球之間的一系列強烈擾動。太陽爆發是太陽風暴的起源。太陽活動主要包括太陽黑子、耀斑、暗條紋或日珥以及日冕物質拋射。太陽風通常由強烈的太陽耀斑和日冕物質拋射引起。

太陽活動和地球磁場(照片來源:http://tech.firefox.sina.com/)

太陽黑子是發生在光球層的太陽活動。他們很少獨立行動，通常成群出現。太陽黑子以大約11年的活動周期存在，當它們活躍時，它們將影響地球的氣候。許多事實表明，太陽黑子的形成是通過磁流的出現實現的。太陽耀斑是一種劇烈的爆炸現象。它通常發生在太陽大氣層的局部區域，可以在短時間內釋放大量能量。耀斑與磁通量的出現密切相關。耀斑的能量來自磁場。日冕物質拋射(CME)是一個過程，在這個過程中，攜帶磁力線的巨大泡沫氣體從太陽中噴射出來。它表明，大量的日冕物質在短時間內從太陽噴射出來，擾亂了日冕，從而極大地改變了日冕的形狀和磁場結構。日冕物質拋射(CMEs)是由日冕中的大規模磁場平衡的破壞引起的，這種破壞破壞了太陽風的流動，由此產生的幹擾對地球有很大的影響。

(a)太陽黑子(b)太陽耀斑(c)日珥(d)日冕物質拋射(照片來源:sohu.com，維基百科)

我們能預測太陽風暴或太陽活動的發生嗎？目前，我們有兩種方法。

一是通過對太陽活動的觀測記錄來掌握太陽活動的規律，從而達到預測的目的。然而，除了我們已經知道的11年太陽黑子活動周期外，其他太陽活動的規律性不是很強，強太陽活動往往不符合規律。第二是建立一個理論模型，通過精確的太陽磁場測量來預測空之間的天氣和太陽活動。如今，國內外許多科研機構都致力於太陽的觀測和測量。2020年1月，美國夏威夷毛伊島頂部的DKIST太陽望遠鏡(4米)拍攝了迄今為止最清晰的太陽照片。國產1.8米太陽望遠鏡也為太陽的觀測和測量做出了巨大貢獻。