中国新闻，2023年已经到了，大家也逐渐回到了生机勃勃的状态，而太阳似乎也耐不住寂寞，前来凑热闹：北京时间1月6日、1月9日、1月10日，太阳上爆发了三次强烈的耀斑。后来，美国东部时间1月11日，美国民航运输陷入瘫痪，全美所有航班停飞。
一些媒体在报道时，将这一时期的太阳活动与美国航班停飞联系起来，称这些“史诗级”太阳耀斑引发的地磁暴导致了美国航班的停飞事故。
1月9日X1.9耀斑的极紫外观测图像，左边的闪光是耀斑爆炸。图片来源：NASA。
但事实真的是这样吗？
简单直接的回答是，最近的耀斑并不是美国航班停飞的罪魁祸首，这些耀斑也远谈不上“史诗级”，但太阳耀斑包括耀斑确实可以影响特定航线的民航航班。
01
美国航班为什么停飞？
根据美国联邦航空局网站就此次停飞事件发布的消息，美国航班集体停飞的原因是发布航行通告的任务通知系统瘫痪。在飞行前和飞行过程中，飞行员和所有与飞行运行相关的部门应使用该系统获取与飞行安全和效率相关的关键信息。根据FAA的初步调查结论，NOTAM系统瘫痪来自其自身系统问题，与太阳耀斑无关。
FAA就停飞航班发表声明，称NOTAM系统瘫痪可能是由于自身数据库文件的问题。图片来源：FAA。
02
这真的是一次史诗般的太阳耀斑吗？
要搞清楚最近的三次耀斑是不是“史诗”级别，就要看耀斑级别。耀斑是太阳上辐射突然增加的局部爆炸现象。耀斑级别的分类是根据耀斑爆发释放的软X射线的最大强度来确定的。
首先我们把耀斑从弱到强分配到几个等级，比如A、B、C、M、X，然后根据一个耀斑事件的具体强度来确定字母后的数值。我们可以简单的把字母理解为耀斑的“等级”，把字母后面的数字理解为耀斑在等级中的“分数”。
2023年1月爆发的三次耀斑分别是X1.2、X1.9、X1.0，确实属于耀斑家族中最强的X级别，但距离史诗级别还是有不小的差距。
历史上记录的最强耀斑是2003年11月4日爆发的X28耀斑。X28的分级并不是来自精确的测量，因为耀斑强度已经超出了当时卫星上测量设备的范围，实际分级可能比X28高。
历史上15次最强耀斑的“分数线”也在X9.0，远高于2023年1月这些耀斑的强度。所以比如2023年1月的几次X级照明弹，就像人群中身高1.8米左右的人，都没有姚明高，称不上“史诗”。
从对地球的实际影响来看，这些耀斑对地球的影响主要集中在电离层变化引起的短波通信异常上。X1.9级耀斑爆发后，美国空间天气预报中心发布了地球附近高频无线电通信质量R3级预警。该机构对无线电通信的预警分为五级，R3级处于中等水平，在11年的太阳活动周期间，这一级别的预警将发出175次。但地球附近高能粒子的环境并没有太大的变化，2023年1月上旬只发生过一次弱磁暴。总之，这些耀斑对地球附近空间环境的影响相对有限。
同时，耀斑本身并不能直接诱发地磁暴。虽然耀斑和另一种太阳爆炸现象——日冕物质抛射经常成对出现，就像闪电不能湿润地球和雨滴从天而降一样，但引起强烈磁暴的是日冕物质抛射，而不是耀斑。
日冕仪中日冕物质抛射的图像。日冕物质抛射和太阳耀斑经常一起出现，爆发过程也可能有关联，但不是同一个现象。图片来源：NASA
03
太阳耀斑
对民航有什么影响？
那么，在排除耀斑事件与航班停飞的直接联系后，对于太阳耀斑的影响，民航业能高枕无忧吗？答案也是否定的。
从北美飞往东亚时，考虑到球体上的最短路径和大气环流方向，使用北极上空的航线比穿越太平洋更经济高效。航空公司可以为机组人员和乘客节省燃料成本和飞行时间。
以波士顿到香港的航班为例。使用极地航线每次可以节省138分钟的飞行时间和33000美元的飞行成本。然而，在2003年10月底至11月初期间，一系列强烈的太阳耀斑，包括历史上最强的X28耀斑，使得北极地区的一些航线无法使用，FAA要求航空公司选择更低纬度的航线继续飞行，导致油耗和飞行时间增加。
2003年10月至11月极地航线情况。由于高频无线电通信的可靠性下降，原来经由Polar3航线的飞行改为Polar4甚至更低纬度的航线。图片来源：NOAA
航线中断的罪魁祸首是极地高频无线电通信的中断。由于北极地区土地稀少，无人居住，无法在沿线布置空管常用的甚高频无线电收发台，只能依靠传播距离较长的高频波段。在地球大气层的顶部，有一层叫做电离层。高频无线电通信的质量直接受电离层的控制。当电离层因耀斑而发生剧烈变化时，可以远距离传输的HF波段不再可用，空中交通管制员无法有效指挥极地地区的空中交通，因此一些极地航线不得不停止。在低纬度地区，虽然越洋飞行时的高频无线电传输也受到影响，但仍可依靠地球静止通信卫星维持部分通信，而北极是地球静止通信卫星的盲区。
2003年10月至11月的辐射警告区域，用红色标出。民航局建议该地区的航班降低巡航高度，减少受到的辐射剂量。图片来源：NOAA
即使北极的高频通信勉强可以恢复，辐射也是极地飞行要考虑的风险。极地是太阳活动辐射效应对民航飞行影响最强的区域。当然，如果你一周没有几次往返于北美和东亚之间，也不用担心。在太阳活动相对平静的时期，穿越极地区域的一次飞行受到的辐射剂量在0.1至0.2毫西沃特之间。相关机构推荐的年度飞行期间受辐射剂量上限为1mSV。
但如果太阳活动异常剧烈，就要注意此时的辐射情况。1859年爆发了一次真正的“史诗级”太阳耀斑。如果现在发生同样的事件，单次极地飞行接收到的辐射可高达20mSV。如果此时还在极地飞行，会给乘客和机组人员本身带来健康风险。当然，各国的空间天气监测预报机构也在密切关注“航空辐射”的情况。2003年10月至11月，有关机构发布通知，建议将纬度35度以上飞行的长途航班的巡航高度从40000英尺降至36000英尺。虽然这样也会增加油耗，但可以更多利用大气的辐射屏蔽作用，保护乘客和机组人员的健康。
太阳活动有11年的周期。随着太阳在2019年底逐渐从“沉睡”中醒来，逐渐走向2024-2025年的最大期，未来几年太阳活动会越来越多，可能会对地球的方方面面产生影响。
在网络传播发达的今天，一些报道为了提升关注度，不切实际地夸大和演绎一些新闻事实。建议你尽可能多关注主流媒体和权威渠道发布的信息。
参考资料：
中科院空间环境预报中心发布的"本周综述"和监测数据，http://www.sepc.ac.cn/。
美国国家海洋和大气管理局，2004年，服务评估：2003年11月七日19日
美国国家海洋和大气管理局，2004年，技术备忘录SEC-88，2003年万圣节太空天气风暴
