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科学家破解1840年代太空天气之谜 -- Scientists solve 1840s space weather mystery

1840年代,欧洲与美洲的天文台陆续记录到数起异常空间天气现象,包括低纬度地区出现的猩红极光与地磁针无序摆动,当时技术条件下成因成谜。相关记载散见于早期科学期刊与船员日记,描述详尽却缺乏理论支撑。这困惑了后续几代研究者。

正文

1859年臭名昭著的卡林顿事件长期被视为第一次极端太空天气事件,但自1840年代末起,就有地磁风暴干扰电报设备的零星记录。2013年,学者发现了一篇1871年发表于《自然》的匿名报道,描述了1841年10月英格兰南海岸埃克塞特一次“非常强烈的磁扰动”如何扰乱了铁路运输。如果属实,这将是最早的此类记录。但据发表在《太空天气》期刊上的一篇论文,1841年这个日期很可能是笔误,真正的铁路中断发生在几年之后。

格林尼治地磁台(伦敦)1848年10月18日11:20 UT至10月19日00:20 UT记录的地磁图。上方曲线追踪磁场水平分量的变化(可换算为纳特斯拉),下方曲线记录水平磁场的磁偏角。原始记录采用天文时,0时为哥廷根正午的太阳时(比格林尼治平时/世界时早40分钟),上下两条曲线在时间上相互错开。1848年10月18日晚21:20 UT起出现强烈地磁扰动。图片来源:J.A. Wild 等,2026

“太空天气常被视为现代挑战,因为我们依赖卫星、通信系统和电网等技术,”共同作者、兰卡斯特大学的吉姆·怀尔德说。“这项研究表明,几乎自电气技术存在以来,社会就一直在承受太空天气对技术的影响。埃克塞特列车延误是个迷人的故事,因为它恰好处在新技术开始遭遇太空环境现实的节点上。”

卡林顿事件至今仍是科学记录中最强的地磁风暴,全球各地出现强烈极光,电报站内迸出火花甚至起火。有些极光亮到人们说能借着它的光读报纸。当时电报还是相对新兴的技术,最早出现于1830年代,而很可能源于太阳日冕物质抛射的地磁感应电流击垮了电报系统。一些操作员发现,即便断开电源,他们仍能收发信息,靠的正是强大的极光电流。

Image 1: The magnetogram recorded at Greenwich Magnetic Observatory (London) from 11:20 UT on 18 October 1848 to 00:20 UT on 19 October 1848. The upper trace tracks the variation in the horizontal force of the magnetic field (which can be converted to nano‐Tesla) and the lower trace records the declination angle of the horizontalmagneticfield.Intheoriginalrecord,timeisrecordedinastronomicaltime,suchthat0hisnooninGöttingenmeansolartime(40minaheadofGMT/UT) and the upper and lower traces are offset in time with respect to each other. Powerful geomagnetic disturbances are apparent on the evening of 18 October 1848 from 21:20 UT

Image 2: The magnetogram recorded at Greenwich Magnetic Observatory (London) from 11:20 UT on 18 October 1848 to 00:20 UT on 19 October 1848. The upper trace tracks the variation in the horizontal force of the magnetic field (which can be converted to nano‐Tesla) and the lower trace records the declination angle of the horizontalmagneticfield.Intheoriginalrecord,timeisrecordedinastronomicaltime,suchthat0hisnooninGöttingenmeansolartime(40minaheadofGMT/UT) and the upper and lower traces are offset in time with respect to each other. Powerful geomagnetic disturbances are apparent on the evening of 18 October 1848 from 21:20 UT

如果今天发生同样强度的地磁风暴,很可能严重损坏电网,造成大范围停电,并扰乱卫星通信。这正是科学家热切希望了解更多过去地磁扰动的原因:这有助于加强未来预测,以减轻破坏性影响。

怀尔德和共同作者对《自然》那篇关于1841年10月18日地磁扰动的匿名报道很感兴趣。当时多数新兴铁路公司已引入电报,为列车控制系统提供信号以避免相撞。据称的1841年扰动足以让埃克塞特一趟晚10:05发车的快车延误16分钟,因为电报员无法判断铁轨上是空的还是有其他列车占用。

检索档案

但怀尔德等人质疑该报道的准确性。不仅作者匿名,这篇《自然》文章还发表于所称地磁扰动发生30年之后。查阅历史档案发现,南德文铁路公司分段修建埃克塞特至普利茅斯的线路,而相关建设直到1844年7月才获议会批准,相关路段到1846年5月30日才开通,比报道中的延误晚了五年。因此那篇匿名《自然》报道不可能准确。

怀尔德等人未能找到1871年那篇《自然》文章的原稿,但找到了出版方的原件,上面有手写批注:“N. [J.] Holmes”。他们推断作者很可能是著名电气工程师纳撒尼尔·约翰·霍姆斯,他参与了北海部分海底电报电缆的铺设。1871年,霍姆斯住在汉普斯特德,距《自然》主编诺曼·洛克耶爵士的住处约一英里。

Image 3: Photo of Jennifer Ouellette

作者们还找到了当时报纸对霍姆斯在苏格兰就太阳光谱化学效应发表演讲的报道。可见霍姆斯显然对太阳活动感兴趣,也熟悉洛克耶在太阳光谱中发现氦线的成果。另有一封1877年霍姆斯邀请洛克耶来访的信,表明两人存在某种业务关系。

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Image 5: Listing image for first story in Most Read: Microsoft goes quiet after church groups ask for 1% of data center costs

这仍未解释报道中1841年埃克塞特列车延误与历史记录之间的矛盾。“文中没有提供任何引文,使人无法调查这一说法的真实性,”怀尔德等人写道。“电报员‘第二天早上報告说有人在仪器上捣鬼’这一离奇说法,暗示该叙述可能源自当时的报纸报道之类,但我们找不到包含这句话或类似措辞的任何报道。”

怀尔德和共同作者接下来转向档案科学记录,特别是伦敦格林尼治地磁台最早的地磁图。早在1840年就有磁场“异常”观测记录,表明发生过强地磁风暴,但1841年10月18日英格兰没有报告极光等异常活动。然而1848年10月18日前后确实有强地磁活动,当时报纸报道以及英国天文学家坦普尔·谢瓦利埃1848年10月19日的太阳黑子观测都证实了这一点。

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怀尔德等人查阅当时的铁路时刻表,发现1848年3月11日至1849年7月26日间,确有一趟晚10:05从埃克塞特发车的快车。《自然》文章提到的1841年日期应是排印错误,事件确实发生过,只是年份错了。1841年的说法被排除后,有记录可查的最早太空天气影响技术事件,是1847年3月“自发电流”扰乱米德兰铁路电报系统,当时不列颠群岛上空出现了“灿烂的极光”。

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《太空天气》,2026年。DOI: 10.1029/2026SW005239

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评论

讨论围绕一篇「科学家解开 1840 年代电报异常之谜」的报道展开:主线是把事发年份从 1841 年改判为 1848 年的「笔误假说」是否成立,支线则是报道顺带抛出的「强地磁暴能瘫痪电网」是否被夸大;不少人还注意到标题写的是「科学家」而不是「AI」。

认为「笔误说」是最合理的解释

  • 原始报道称事发 1841 年 10 月 18 日,但那段线路 1846 年才出现;而报道对车次(10:05 快车)和月日写得非常具体,1848 年 10 月 18 日恰好有同一时刻的快车,也恰好有地磁暴记录。在故事为真的前提下,改一个数字的笔误比计算错误、比纯属巧合都更省解释。(较多人) > 他们不是「假定」有笔误,而是判断:如果故事是真的,笔误是最说得通的那个可能。(@Jtsummers)

怀疑只把年份当笔误,而不先考虑算错或根本无关

  • 有人觉得这种取舍很奇怪:既然愿意认定作者写错了年份,为什么不先怀疑计算有误,或者两次事件本来就没有相关性。(少数人) > 很奇怪,他们愿意假设文字里有笔误,却不愿假设计算有错、或者两者毫无关联。(@khat)

认为强地磁暴未必能造成系统性瘫痪

  • 论据包括:若真有此威力,它早该被当成国家安全问题迅速处置;如今干扰源虽更多,但正常人类活动本身已反复「测试」过许多失效模式;EMI 加固在工程界是常规做法;此外只要线路存在中性线,共模干扰理论上应被抑制。(少数人) > 如果真有这么严重,我预期它会被列为国家安全议题并很快得到补救。(@pinkmuffinere)

认为高空核爆才是真正能摧毁电网的场景

  • 不需要专门设计的 EMP,也不需要直接命中:只要在大陆上空足够高处引爆,让爆点越过地球曲率,就能打掉电线杆上的几乎每一台变压器,替换件多年耗尽;在轨卫星穿过新形成的人工辐射带也会一并报废。评论者认为中国不太可能这么做,但战事失利的一方可能铤而走险。(少数人) > 不需要专门的电磁脉冲武器,也不需要直接命中。(@ck2)

感慨标题写的是「科学家解决」而不是「AI 解决」

  • 三条意见合并:有人强调这次没用 AI;有人称这种措辞读起来格外清新;也有人认为把不同来源的线索串起来恰恰是 LLM 的强项,只是这次报道里没提。(较多人) > 写的是「科学家解决了」,而不是「AI 解决了」,几乎有点不习惯,真是一股清流。(@sans_souse)

把 1840 年代的问题当成遗留系统的 bug

  • 两条玩笑合并:把史料考据比作修一个十九世纪的 bug 报告,并感慨当年的记录条件太差,像自己接手过的老系统。(少数人) > 解决 1840 年代的问题?这是相当硬核的向后兼容工作。(@quietlathe)

有价值的补充

  • 华莱士(以自然选择研究更出名)的日记里记着 1860 年 7 月在巴布亚附近的 Waigeo 看到疑似北极光,他本人都不敢相信赤道以南能看到;事后查证,这已是卡林顿事件将近一年之后,说明十九世纪还有多次地磁暴记录可挖。 > 抵达穆卡的那晚,我看到类似北极光的东西,虽然很难相信在赤道略南处会有这种景象。(@mapmeld)
  • 讨论里出现一段错位的回复:被引用的那位作者其实已被影子封禁,其留言被标记为 dead,触发者是管理员或自动审核,而不是被其他用户举报至死;原回复者认为内容本身看不出该被封的理由,建议其联系版务。