最厉害的电磁脉冲不是来自核弹,而是源于太阳

科普中国网 2017-09-06 作者:肖攀峰

  电磁脉冲(英文简称EMP),是一种突然爆发的电磁扰动现象,它能在极短时间内(一般是秒的量级)在很宽的电磁频段内释放出大量的电磁能量。

  电磁脉冲的影响主要体现在它会对未加防护的电子设备造成不可逆的严重破坏,能让电网和其他关键电力基础设施瘫痪,例如闪电产生的强烈电磁脉冲可以对室内或机载电子设备造成破坏。利用高能电磁脉冲能毁伤电子设备的特性,人们发展出了EMP武器,但EMP武器的作用既不应该夸大,也不应予以忽视。

  

  电磁脉冲可以从以下方面来衡量:

  a)总能量的大小和种类

  b)覆盖的电磁波段范围

  c)脉冲的波形(形状、持续时间和振幅)

  1.电磁脉冲的能量一般可转化为4种形式:

  a)电场

  b)磁场

  c)电磁辐射

  d)电流

  2.电磁脉冲的常见波形有3种:

  

  方波脉冲

  

  双指数脉冲

  

  阻尼正弦波脉冲

  3.电磁脉冲的产生原因有3种:

  自然产生的、人为制造的以及武器效应。

  a)自然产生的包括闪电(LEMP)、静电释放(ESD)、流星和日冕物质抛射(CME)等;

  

  闪电

  

  静电释放(ESD)

  

  流星

  

  日冕物质抛射(CME)

  b)人为制造的包括电路开关合闸时、电机启动时、引擎点火时、电网浪涌等;

  

  电路开关合闸

  

  电机启动

  

  引擎点火

  

  电网浪涌

  c)武器效应的包括核爆炸产生的EMP(NEMP)以及非核武器产生的EMP(NNEMP)。

  

  NEMP

  

  NNEMP

  4.历史上主要的几次地磁扰动(地磁扰动主要由太阳风暴的EMP引起,磁场变化率是每分钟地磁场改变的大小,以纳特斯拉/分(nT/min)为单位)及其影响:

  a)1859年,卡灵顿事件(百年一遇),磁扰的最大变化率大约5000nT/min,美国和欧洲电网的电线短路,导致多处火情;

  b)1921年,纽约铁路超级风暴(百年一遇),磁扰的最大变化率约5000nT/min,瑞典电线起火,纽约中央铁路信号和切换系统受损;

  c)1972年,太空时代的太阳风暴(30年一遇),磁扰的最大变化率约2200nT/min,美国伊利诺伊州的长途电话通信被切断,AT&T公司跨大西洋通信电缆系统被迫重新设计;

  d)1989年,超级风暴,磁扰的最大变化率约900nT/min,加拿大魁北克地区电网关闭,6百万民众断电达9小时;

  e)2003年,万圣节太阳风暴,磁扰的最大变化率约480nT/min,瑞典南部短时停电,南非15个超高压变压器损坏;

  f)2012年,7月超级太阳风暴,与卡灵顿事件相当,击中太阳观测卫星STEREO-A但未造成严重伤害,与地球擦肩而过。

  由此我们可以看出,太阳风暴才是最厉害的电磁脉冲源,尤其是考虑到日地距离有1.5亿千米之遥(阳光从离开太阳表面到传播到地球上都需要500秒),太阳风暴导致的EMP仍能对地球造成巨大的影响,比起地球上人类制造出的各种不同当量的核弹以及专门的电磁脉冲武器所能制造出的EMP,真是厉害了不是一星半点。

  

本文由中国科学院国家天文台研究员郑永春进行科学性把关

责任编辑:王超

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