“大地耀斑预警”刷屏，它曾让马斯克的卫星截瘫？

日前，来自中国气象局的“大地耀斑预警”刷屏了 。预警称 ，本次地耀斑活动从3月24日持续到3月26日
，可能发生中等以上地耀斑甚至大地耀斑
。

每逢遇见地耀斑预警，新闻中总会提到“全球定位系统GPS可能失灵 ”。但你们掏出手机 ，据说定位并没有哪些变化，各家地图的导航也一如既往地把你带向各类奇奇怪怪的大路 。虽然还是会走失
，但导航卫星失灵可不背这个锅
。

2010年5月一次地耀斑中NASA拍摄的极光相片丨NASA

是预报夸大其词了吗？倒也未必
，历史上最有名的一次地耀斑是1859年的卡林顿风波，那一场太阳风暴造成亚洲和北美的电报系统失灵 ，甚至让操作电报机的工作人员受到了电击。

倘若这场电磁暴发生在明天
，极其依赖电力的现代社会可能会深陷持续好几天的截瘫与混乱——很其实它并没有发生，证据就是你还在刷着手机阅读这篇文章 。

为何地耀斑可能影响导航卫星

地耀斑可以用一种简单粗鲁的方法来恐吓卫星：加厚大气层。它的原理和我们烧沸水差不多 ，强烈的地耀斑会加热高处的大气层
，它们会像弹开的棉花一样向下膨胀
。卫星不能在大气中飞行，否则只会弄成一颗流星。

2022年2月3日 ，SpaceX发射了49颗星链卫星
，但第二天适逢地耀斑，其中整整40颗都弄成了烟花 。

艺术家笔下描画的太阳风粒子影响月球的磁层丨NASA

但面对导航卫星
，无论GPS还是北斗卫星，地耀斑和大气层表示心有余而力不足：手太紧 ，够不到
。

以北斗卫星为例
，它们距离地面的高度起码有2万千米，差不多相当于从抚远到海南往返两次。相比之下 ，国际空间站以及遥感卫星的高度就只有400公里
，它们就会被地耀斑恐吓到瑟瑟抽搐，必须在地耀斑发生前赶快爬升高度 。

全球定位系统正幸好自己幸免于难 ，被大气层笑着拍拍手臂
，一手指向地面：尽管我干扰不了你，但我可以恐吓你的顾客啊
。

地耀斑会干扰地面上的卫星讯号接收系统 ，包括你的手机。

导航卫星系统本质上是多个卫星组成的大扬声器
，每颗卫星随时都在输出两条特别简单的内容：卫星转入那里了，如今几点了 。导航卫星的原理也不复杂 ，电磁波讯号以光速前进，只要晓得了发送讯号和接收讯号的时间差
，才能晓得自己和这颗卫星之间的距离
。假如头上有4颗卫星，我们就可以解算出自己的精确位置。

然而导航卫星在太空中联通的速率十分快 ，快到了钟慢效应早已难以被忽略的地步 。我们可以仅凭牛顿三定理就把人类送上地球
，但若果没有相对论，全球定位系统就永远也未能正常运作
。这也引起了发出和接收讯号时间差的估算必须十分精准 ，假若时间差出了亿分之1秒
，实际的距离就会偏离3米远。

大气层拿出自己的电离层，地耀斑将它一阵虐待 ，一时间电离层显得皱毛茸茸
，厚薄不均，它们对着导航卫星微微一笑：来 ，继续发讯号啊 。

地耀斑对电离层的扰动有两种级别：第一种情况下手比较温柔
，卫星讯号会受到延后或减缓，但若果使用多频接收机就可以抵消它的影响。第二种属于狂暴模式 ，电离层像是被打湿后又没煮熟的毛毯，有的地方又薄又轻
，有的地方又厚又重，这些完全无规律的扰动会让讯号束手无策 ，甚至完全遗失
。

但好在这些级别的地耀斑尚属几百年一遇
，假如想要未雨绸缪，也许可以锻练一下阅读纸质地图的能力。

参考文献

[1]ZakharovVI ，YasyukevichYV
，TitovaMA.EffectofmagneticstormsandsubstormsonGPSslipsathighlatitudes[J].Cosmicresearch，2016 ，54:20-30.

[2]ZhangS
，HeL，WuL.StatisticalstudyoflossofGPSsignalscausedbysevereandgreatgeomagneticstorms[J].JournalofGeophysicalResearch:SpacePhysics ，2020
，125(9):e2019JA027749.

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