美麗極光誕生於強力磁暴... 極光秀背後潛藏電器故障危機？

文／雷恩．法蘭西（Ryan French）

好想看極光……但小心電器故障

極光觀測在人類歷史上由來已久，但通常僅限於接近極區的高緯度地區，然而在1859年9月1日的這天晚上，一場史無前例的大範圍極光秀，在夜空中以難以置信的樣貌呈現，令所有的目擊者印象深刻。

當這場極光秀開始時，北美洲正值夜晚時分，北極光的目擊者所在的位置中，最南方遠達佛羅里達州、古巴與墨西哥，甚至是哥倫比亞。當夜晚隨著地球自轉橫越太平洋，來到彼岸的亞洲時，夏威夷、日本南部以及中國南方，也都有人見證了當地首次的極光。

歐洲在9月2日迎來夜晚時，極光已經有所消退，但是較高緯度的地區依然可以見到。南半球的澳洲北部，也見證到同樣令人印象深刻的南極光。這次的極光現象，不只地理範圍上達到前所未有的廣闊，實質強度也是超乎想像，其明亮的程度遠勝過滿月月光，當時在科羅拉多州洛磯山脈上的工人，甚至將窗外的極光誤認為日出而準備開始上工。

儘管歐洲人錯過這場極光秀最壯觀的部分，但是也經歷許多同等怪異的事情。1859年最尖端的科技結晶是電報機，它是一臺笨重的機器，能藉由電話線將訊號傳送到接收者的電報機上，這時人類還未發明電話，因此電報僅能傳送文字訊息而非聲音。

當美洲的夜空正在經歷極光，同時正當9月2日白天的歐洲，開始發生各種關於電報機的異常現象：許多在關機狀態下，甚至已經拔除電源的電報機，依然持續發送或是接收電報，在這種沒有供電的情況下依然運作的電報機⋯⋯簡直就是鬧鬼了；而其他原先正在運作的電報機則出現火花，讓電報員遭受一些小規模的電擊。甚至包括維基百科條目在內，更是認為電報機曾爆炸起火，然而這種說法因為缺乏可靠的歷史證據，並未獲得證實。

我認為人們即使沒有目睹電報機爆炸，也會覺得這是個有趣的故事，畢竟電報機靈異的出現訊號，就已經非常奇特而且引人入勝了（即使少了視覺震撼）。

當聽聞發生盛大的極光現象以及機器奇怪的行為後，理查．卡林頓立即認為這兩者有所關聯，即使受限於當時知識，他無法得知任何造成這種現象的物理機制，卻仍然堅信地球上這些異常的現象，與他僅僅一天前觀測到的太陽明亮特徵有關。

卡林頓的發現，使人類首次知道太陽表面的活動會影響人類在地球上的生活，也同時發現「太空氣象」（space weather）的存在。這些由卡林頓觀測到的現象所引起的異常情況，包含極光與儀器故障，最終都以他的名字命名為「卡林頓事件」（The CarringtonEvent）。

磁暴可能造成重大的經濟損失

當地球磁場受到太陽活動而出現變化時，就可能會出現磁暴。其原理是當帶有明顯南向磁場的日冕巨量噴發（coronal mass ejection，以下簡稱CME。太陽電漿的爆發現象，會將大量電漿拋射到太陽系的其他地方，也能抵達地球）或是高速太陽風流，在地球晝側影響磁層，造成地球夜側發生磁重聯的現象。

當地球磁場在經歷磁暴而產生變化時，地球上的長距離導線就會出現明顯的感應電流。不幸的是，我們的電力輸送線、電報線與鐵路供電系統，正是這種長距離的導線。

在1859年卡林頓事件期間，即使沒有人為輸送電流，地磁變化在電報線中產生的電流足夠大，使得電報機獲得明顯的電報訊號。對正在運作的電報系統而言，額外的電流出現使得系統過載，導致電報機出現火花並電擊操作人員。

普遍來說，當快速變化的電場出現時，如果電子元件沒有抵抗的設計，就會遭受許多損害。在我們的居家環境當中，快速的開關電器，或是電器忽然發生故障，都可能會導致開關跳脫或保險絲熔斷，這樣的設計是為了避免家中電力系統產生永久性的損壞。

在磁暴期間產生的電流，會明顯大於吹風機造成短路的電流。更不幸的是，我們現代生活中有大量的電器，因此要擔心的問題，遠多於當年的卡林頓事件。在太空中，我們日常生活中所依賴的人造衛星，如果身處在磁場變化劇烈的區域，就可能出現超出其設計範圍的感應電流，引發暫時的故障或永久性的損傷。

而在地面上，火車供電設施中，長達數公里的直條電纜（十分良好的導體），也會因為磁場劇變而引發類似的技術故障。此外，磁暴引起的電場也會在其它地方生成額外的電流，例如在電力輸送網中，電纜與變壓器等設備本身就已經帶有電流，當額外的電流出現，就可能造成許多元件損壞。

如果變壓器損毀，可能造成局部地區出現數小時至數天不等的停電狀況。在1989年時發生的一場CME，就造成加拿大東海岸的電網癱瘓了13個小時，使得數百萬人無電可用。就如同極光出現在極區一樣，磁暴所帶來的負面影響，在地球兩極的區域也最為明顯。

●本文摘選自大是文化出版之《近看太陽：格林威治皇家天文臺認證，極光、太陽黑子、閃焰、磁暴……美麗又危險的影響地球與人類，全球唯一太陽專書。》。