地球磁場在某些方麵與太陽磁場有點類似。它很有可能產生於地球內部熾熱的岩體和金屬的運動(不過,在太陽內部,運動的是溫度極高的氣體)。地球磁場向外擴展,穿過地球表麵,延伸至太空,形成一個叫做“磁層”的區域。如果不受外界幹擾,地球磁場會呈現一個環形圍繞在我們周圍——在一張紙上撒上鐵屑,紙下麵放一個條形磁鐵,鐵屑會形成一個新月狀的線形,這裏是它的三維版本。在太陽風持續不斷的“吹拂”下,地球的磁層變成水滴狀,就像被河水衝出的沙岸一樣。尖的一頭總會朝著背離太陽的方向,它有一個形象的名字——磁尾。
人們很早就學會利用地球的磁場確定北極的方向,但他們不知道的是,地球的磁場還發揮著重要的防護作用——抵禦帶電的亞原子顆粒的進攻。它保護著我們免受太陽壞脾氣的影響,同時也保護著大氣層:要是沒有磁層,太陽風早就把我們的空氣侵蝕幹淨了,地球就會像水星一樣,成為一塊貧瘠的大石頭。火星很有可能就是因此而失去了大部分氣體。
到目前為止,地球磁場扮演的還是正麵角色。
來自太陽的CME到達地球時,它和地球的磁層相互影響。流動的能量使得朝著太陽的磁力線改變方向,把它們吹到相反的背陰的一麵,進入磁尾,並與那裏的磁力線重新聯接——這有點像一陣強風把你的頭發吹到腦後,與腦後的頭發纏在一起。
地球的磁力線在磁尾重聯,會釋放出大量的能量。帶電的亞原子顆粒在磁場作用下加速運動,撞入地球的大氣層,電離空氣中的分子,奪走它們的電子。當遊離的電子與原子重新組合,會散發出流光溢彩的光線:氧分子發出紅光,氮分子發出綠光。由於這種現象發生在極點附近的大氣層,因此一般來說,居住在緯度較高地區的人有更多的機會目睹絢爛多彩的極光。如果爆發的能量足夠大,那麼在中緯度也有可能看到它們。1859年的那次太陽耀斑引起了一場大規模的CME,引發的極光在波多黎各都能看到。
數千年來,人們對極光十分著迷。可是直到近幾年人們才明白,它們其實是我們頭頂上巨大能量爆發的預兆,這種能量來源於距離我們最近的恒星……
地球不是唯一受太陽影響的行星。這幅來自哈勃太空望遠鏡的紫外線圖片顯示,土星的南北兩極都有極光出現。任何帶有磁場的行星在太陽處於活躍期時都會經曆磁暴的幹擾。
然而,一次大的CME的影響遠不止一場光影秀那麼簡單。它們還會壓縮地球的磁層。原本運行在磁層內的衛星會突然失去保護,完全暴露在CME的衝擊下。進入的輻射會把它們毀掉。
還有一個來自CME的更大的影響,這種影響會直接作用到我們身上。
還記得磁場的變化會產生電流嗎?當地球的磁場受到CME的影響而迅速變化時,所有臨近的導體都會突然發現它們需要應付一股巨大的電流波動。
在地球表麵,這樣的導體大量存在,比如北美的電網。在正常的條件下,綿延數百萬英裏的電線可以輕鬆地將電流從一個地方運送到另一個地方,確保發電站發出的電力能夠順利地送到洛杉磯某個正在使用馬格麗塔雞尾酒攪拌器的家中。
但是,這些電線對於太陽風暴非常敏感。風暴來襲時,輸電係統的負擔陡然增加,電線迅速升溫、下垂。電子工程師在最初設計時考慮到了這種情況,在正常條件下,係統能夠承受這種變化。然而,太陽風暴引起的“變化”遠遠超出核定範圍,加之原有的負擔,電線不堪重負,大幅升溫以至斷掉。更糟糕的是,近些年來,越來越多的發電機並入電網,但是電線的數量並沒有增加。隨著時間的推移,美國的電力需求還在不斷增加。起初設計用來運載少量電流的電線越來越接近運載極限。一次大的太陽風暴可以輕鬆摧毀輸電站中的變壓器(用來確保電線中運載的高電壓電流能夠在進入家庭前轉變為低電壓電流)。這些變壓器很昂貴(有的和房子一樣大),而且沒有了它們就意味著整個城市將在很長一段時間內無電可用。案例:1989年3月6日,一群可怕的、窮凶極惡的太陽黑子在太陽表麵出現。它們範圍很大(橫跨43 英裏),引發了多次耀斑。雖然黑子群處在太陽的遠端,天文學家們還是高度重視,對耀斑進行實時監控,並做了最壞的打算。