2023年已經到來，大家逐漸恢復了生龍活虎的狀態，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，美國的民航運輸發生大癱瘓，全美航班悉數停飛。
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系在了一起，稱是這些“史詩級”的太陽耀斑引發的地磁暴，導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，左側的閃光即為耀斑爆發（圖片來源：NASA）
(相關資料圖)
但是，事實真的是這樣嗎？
簡單直接的回答是：近期爆發的耀斑并非美國航班停飛的罪魁禍首，這幾次耀斑也遠談不上“史詩級”，但包括耀斑在內的太陽爆發，的確能夠導致特定航線的民航飛行受到影響。
美國航班停飛的原因是什么呢？
根據美國聯邦航空局（FAA）網站上就本次停飛事件發布的消息，造成全美航班集體趴窩的原因是發布航行通告的NOTAM（NOtice To Air Missions)系統癱瘓了。在航班飛行前和飛行過程中，飛行員和與航班運行相關的各個部門都要通過該系統，獲取事關飛行安全及效率的關鍵信息。根據目前FAA初步的調查結論，NOTAM系統的癱瘓原因來自于自身的bug，與太陽耀斑沒有關聯。
FAA針對航班停飛發布的聲明，聲明指出NOTAM系統的癱瘓可能由于自身數據庫文件的問題（圖片來源：FAA）
真的是“史詩級”的太陽耀斑嗎？
要弄清近期爆發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現象。耀斑級別的劃分，則是根據耀斑爆發釋放的軟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，再根據某次耀斑事件的具體強度來確定字母后的數值。我們可以簡單的把字母理解成耀斑的“年級”，把字母后的數字理解為耀斑在年級中的“分數”。
2023年1月份已經爆發的這三次耀斑，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日爆發的X28級耀斑。而X28的定級并非來自準確的測量，因為耀斑強度已經超過了當時衛星上測量設備的量程，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致的短波通信異常上。美國空間天氣預報中心在X1.9級耀斑爆發后，發布了地球附近高頻無線電通信質量的R3級預警。該機構對無線電通信的預警分為5級，R3級處于中檔水平，而這一等級的預警在為期11年的太陽活動周中平均會發出175次。不過，地球附近的高能粒子環境沒有很大的變化，2023年1月上半月也僅有一次較弱的地磁暴。總而言之，這幾次耀斑對地球附近空間環境的影響相對有限。
同時，耀斑本身不能直接誘發地磁暴。雖然耀斑和另一種太陽爆發現象——日冕物質拋射（CME）經常結對出現，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，引發強地磁暴的一般是日冕物質拋射，而不是耀斑。
日冕物質拋射在日冕儀中的圖像。日冕物質拋射和太陽耀斑經常伴隨出現，爆發過程也可能存在關聯，但并非同一種現象。（圖片來源：NASA）
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聯后，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濟高效。航空公司可以由此節省燃油成本，為機組和旅客節約飛行時間。
以波士頓飛往香港的航線為例，使用極區航線每次可以節省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，包括史上最強的X28級耀斑在內的一系列強烈的太陽爆發，使得北極部分航路無法使用，FAA要求航空公司選擇較低緯度的航路繼續執行航班，造成了燃油消耗和飛行時間的增加。
2003年10月至11月的極區航路情況。由于HF無線電通信可靠性的下降，原來經由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）
航路中斷的罪魁禍首是極區高頻（HF）無線電通信的中斷。由于北極地區陸地稀少、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無線電通信質量的好壞直接受電離層控制。在耀斑使電離層發生劇變時，原本可以遠距離傳輸的HF波段不再可用，空中交通管制人員無法有效指揮極區的空中交通，因而部分極區航線不得不停用。在緯度較低的地區，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星維持一部分通信，而北極則是靜止軌道通信衛星的盲區。
2003年10月至11月的輻射告警區域，該區域標記為紅色。民航管理部門建議該區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，輻射也是極區飛行需要考慮的一個風險。極區是太陽活動輻射效應影響民航飛行最強烈的區域。當然，如果你不是每周幾次往返于北美和東亞之間，無需為此擔心。在太陽活動相對平靜的時段內，跨越極區的單次飛行所受到的輻射劑量在0.1-0.2mSV之間。而有關機構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，則應該留心此時的輻射情況。1859年曾經爆發過一次真正的“史詩級”太陽耀斑。如果同樣的事件發生在現在，單次極區飛行所受到的輻射可高達20mSV。若此時仍在極區飛行，會對乘客和機組人員本人帶來健康風險。當然，各國的空間天氣監測預報機構也在緊盯“航空輻射”的情況。在2023年10月至11月期間，相關機構就曾發出通告，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，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生影響。
在互聯網傳播發達的今天，有些報道為了提升自身的關注度，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注主流媒體和權威渠道發布的信息，比如科普中國賬號。
出品：科普中國
作者: 李會超（哈爾濱工業大學（深圳））
監制：中國科普博覽
參考內容：
1. 中科院空間環境預報中心發布的“本周綜述”和監測數據，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