【博科园-科学科普】在当今快节奏的现代社会，人类活动非常依赖于电力基础设施。如果没有电我们的计算机将会消亡，所有电子商务和通信形式将停止。但除此之外，人类在21世纪的活动也越来越依赖于位于近地轨道的基础设施(LEO)。
除了目前在太空的许多通信卫星之外，还有国际空间站和一群GPS卫星。正是出于这个原因，太阳耀斑活动被认为是一种严重的危险，并将其作为一项优先事项加以缓解。为了解决这一问题，哈佛大学的一组科学家最近发表了一项研究，提出了一个大胆的解决方案——在轨道上放置一个巨大的磁屏蔽。
来自哈佛史密森天体物理中心(CfA)的一个研究小组的一项新研究提出使用磁屏蔽来保护地球免受太阳耀斑活动的影响。图片：NASA Goddard Space Flight Center
这项研究是由Manasavi Lingam博士和来自哈佛史密森天体物理学中心(CfA)的亚伯拉罕·勒布教授共同完成的，最近在发表了了“未来太阳耀斑的影响和缓解策略”。因为太阳耀斑在当今世界是一个特别严重的危险。
自1859年著名的卡灵顿事件以来，太阳耀斑已经持续了150多年。从那时起理论和观察的角度来研究太阳耀斑的研究已经有了很大的努力。由于在过去200年里，在天文学和太空探索方面取得的进步，人们已经了解了许多被称为“太空天气”的现象。
与此同时人类对电力和太空基础设施的依赖增加，也使我们更容易受到极端天气事件的影响。事实上如果今天发生卡林顿事件，估计会对电网、卫星通信和全球供应链造成全球破坏。
根据太空研究委员会2009年的一份报告(“严重的太空天气事件——了解社会和经济影响”)，全球经济损失累计将达10万亿美元，恢复需要几年时间，来自太空的威胁比其他可能的威胁要少得多。
从天空的风险来看，过去大部分的注意力都集中在小行星上，在过去的物理影响和未来一样，除非他们的轨道偏离轨道。然而太阳耀斑的生物影响很小，主要影响技术。但一个世纪前技术基础设施还没有很多，技术也在成倍增长。因此在过去和未来之间，损害是高度不对称的。
一颗大小行星经过地球-月球系统的概念图，图片：A combination of ESO/NASA images courtesy of Jason Major/Lights in the Dark.
为了解决这个问题Lingham和Loeb开发了一个简单的数学模型来评估太阳耀斑活动造成的经济损失。该模型考虑了基于两个因素对技术基础设施造成损害的风险增加。首先认为太阳耀斑的能量随着时间的增加而增加，然后再加上技术和GDP的指数增长。
所确定的是在较长的时间尺度上，非常强大的罕见的太阳耀斑变得更有可能。再加上人类日益增长的存在，以及对航天器和卫星的依赖，这将会在未来的某个地方增加危险的连接。
在未来150年内将会有一项事件造成相当于目前美国国内生产总值(GDP)20万亿美元的损失，而且在技术发展将会饱和之前，损害将呈指数级增长。这样的预测以前从未尝试过，同时还提出了一个新的想法，如何通过磁屏蔽来减少高能粒子的伤害。
为了解决这一日益增长的风险，Lingham和Loeb还考虑了在地球和太阳之间放置磁屏蔽的可能性。这个盾牌将被放置在地球-太阳拉格朗日点，在那里它可以转移带电粒子，并在地球周围制造一个人造的弓形震动。从这个意义上说这种盾牌保护地球的方式与它的磁场类似，但效果更大。
在地球-太阳L1拉格朗日点放置的磁性偏转器的概念图。图片：Lingam and Loeb, 2017
根据相关评估，Lin gham和Loeb指出这样的盾牌在技术上是可行的，就其基本物理参数而言，还能够为这个盾牌的建造提供一个基本的时间表，更不用说一些粗略的成本评估。正如Loeb所指出：这样的盾牌可以在本世纪结束之前建造，而且其成本的一小部分将会被太阳耀斑破坏所消耗。
提议与磁屏蔽有关的工程项目可能需要几十年的时间才能在太空中建造。将所需的基础设施提升到太空(10万吨)的成本很可能是100亿美元，远远低于一个世纪以来的预期损失。
有趣的是以前有人提出使用磁屏蔽保护行星的想法。例如这种类型的盾牌也是今年的“行星科学展望2050研讨会”的主题，该研讨会由NASA的行星科学部(PSD)主办。该盾牌被推荐作为一种增强火星大气的方法，并为未来的火星任务提供便利。
在这次题为“未来火星科学与探索环境”的演讲中，NASA主管Jim Green讨论了磁屏蔽如何能保护火星稀薄的太阳风。这将使它能够随着时间的推移而补充，这将使火星变暖，并使液态水再次在其表面流动。如果这听起来类似于造火星的建议，那是因为它是！
一颗闪烁的红矮星的概念图，图片：NASA, ESA, and G. Bacon (STScI)
除了地球和太阳系外，对这项研究的影响是巨大的。近年来许多类地行星都被发现在附近的m型轨道上运行的红矮星系统。由于这些行星的轨道与它们各自的太阳紧密相连，以及m型恒星的多变和不稳定的性质，科学家们对这些行星是否能适宜居住表示怀疑。
简而言之在数十亿年的时间里，围绕着太阳运行的岩石行星，与它们保持着密切的关系，并且经常受到太阳耀斑的影响，将失去它们的大气层。在这方面磁护盾可能是建立额外的太阳能菌落的可行方案。在轨道上放置一个大的盾牌，在L1拉格朗日点，再也不用担心强大的磁暴破坏地球！
最重要的是这项研究为费米悖论提供了一个可能的解决方法。当寻找外星智慧(ETI)的迹象时，监视遥远的恒星寻找轨道磁屏蔽的迹象可能是有意义的。正如Leob教授解释的那样，这样的结构可能已经在遥远的恒星周围被探测到，并可以解释天文学家所做的一些不寻常的观察：
如果结构足够大的话，由另一个文明建造的盾的印记可能会涉及到由于掩星(类似于Tabby的恒星)所引起的亮度变化。这种情况可能类似于Dyson的球体，但与其收集恒星的能量，基础设施的目的是为了保护地球上的科技文明免受其宿主恒星耀斑的影响。
随着时间和技术的进步，人类在太空中的存在将会增加，这是一个必然的结论。因此为太阳系能向我们扔出的最激烈的太空气候事件做准备是有道理的。当涉及到诸如我们是宇宙中唯一的文明吗？同时也有理由接受我们最大胆的概念和建议，并考虑它们如何指向外星智慧。
参考：arXiv
作者：Matt Williams
来自：Universe Today
编译：中子星
审校：博科园
