能引發(fā)極光！地磁暴究竟是什么來(lái)頭

前段時(shí)間，新聞上報(bào)道了這樣一則消息，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心檢測(cè)到地球上出現(xiàn)了一次特大地磁暴。

這次的地磁暴有多大？它是第25太陽(yáng)活動(dòng)周里，至今出現(xiàn)過(guò)最強(qiáng)的地磁暴。在它的影響下，在中國(guó)新疆和漠河等地還能看到美麗的極光。

來(lái)源丨新聞圖片

事實(shí)上，早在今年的3月份，也曾報(bào)道過(guò)一次較大的地磁暴。多個(gè)地磁暴相繼出現(xiàn)，會(huì)對(duì)我們的生活造成什么影響嗎？地磁暴究竟是什么來(lái)頭？

有傳言還宣稱，再過(guò)不久，地磁就會(huì)發(fā)生反轉(zhuǎn)，這又是怎么一回事？真相到底如何，趕快跟隨小編來(lái)看一看。

1 什么是地磁暴？

在詳細(xì)解答這個(gè)問(wèn)題之前，我們先要了解地磁是如何產(chǎn)生的。

地球的地核包括內(nèi)核和外核兩部分，內(nèi)核溫度最高，為固體；外核溫度次之，充斥著大量以鐵鎳為主的流體。這些流體帶有磁性，在地球自轉(zhuǎn)和高溫作用下進(jìn)行對(duì)流運(yùn)動(dòng)，會(huì)引起電磁感應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生地磁。

地磁產(chǎn)生至少有約35億年歷史，它通過(guò)地球內(nèi)部延伸到宇宙中，形成地球磁層，這個(gè)磁層可以阻擋太陽(yáng)風(fēng)的侵害，保護(hù)地球的大氣層和自然生態(tài)。

地球磁場(chǎng)視覺(jué)效果示意圖 來(lái)源丨NASA

而地磁暴，就是地球磁場(chǎng)全球性的劇烈擾動(dòng)現(xiàn)象。它有專門的強(qiáng)度等級(jí)，研究中常用Dst指數(shù)來(lái)分級(jí)，在實(shí)際的預(yù)警應(yīng)用中則采用Kp指數(shù)來(lái)分級(jí)，Kp指數(shù)最高是9級(jí)，屬于特大地磁暴級(jí)別。

與地磁暴有關(guān)的太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)有兩種，分別為太陽(yáng)耀斑和日冕物質(zhì)拋射。

太陽(yáng)耀斑（Solar flare）即太陽(yáng)局部區(qū)域發(fā)生劇烈爆發(fā)，產(chǎn)生強(qiáng)烈閃光的現(xiàn)象。依照太空觀測(cè)衛(wèi)星（GOES）在地球附近測(cè)量的X射線峰值通量（波長(zhǎng)在100至800皮米之間），將太陽(yáng)耀斑分為了A、B、C、M、X五個(gè)等級(jí)。每一級(jí)再細(xì)分為1-9階（X級(jí)除外），目前X級(jí)的最高值已經(jīng)記錄到X-28。

當(dāng)爆發(fā)太陽(yáng)耀斑時(shí)，會(huì)在短期內(nèi)釋放出大量的能量，產(chǎn)生多種高能電磁輻射，如γ射線、X射線等。這些輻射到達(dá)地球會(huì)影響地球的電離層，對(duì)磁場(chǎng)產(chǎn)生干擾；這個(gè)過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生高能的帶電粒子，也會(huì)產(chǎn)生輻射干擾。

來(lái)源丨百度百科

日冕物質(zhì)拋射（Coronal Mass Ejection，CME）即太陽(yáng)表面日冕層向行星際空間拋射日冕物質(zhì)和等離子體的現(xiàn)象。

這些日冕物質(zhì)和冕洞高速等離子體物質(zhì)會(huì)以每秒數(shù)百千米的速度撞擊地球的磁層，導(dǎo)致磁層出現(xiàn)明顯的壓縮變形，進(jìn)而引起地球磁場(chǎng)劇烈擾動(dòng)，產(chǎn)生地磁暴。

日冕物質(zhì)拋射 來(lái)源丨百度百科

也就是說(shuō)，在太陽(yáng)耀斑與日冕物質(zhì)拋射的共同作用下，會(huì)導(dǎo)致劇烈地磁暴的產(chǎn)生。本文開頭新聞中提到的特大地磁暴，就是一次由M1.7級(jí)耀斑和全暈日冕物質(zhì)拋射聯(lián)合引起的現(xiàn)象。

2 地磁暴的影響

在地球上，地磁暴帶來(lái)的最直觀影響就是極光。

當(dāng)?shù)卮疟┌l(fā)生時(shí)，地磁中的帶電粒子會(huì)沿著磁力線進(jìn)入地球的大氣層中，導(dǎo)致大氣層分子與原子之間碰撞激發(fā)產(chǎn)生“熒光”，也就是我們常說(shuō)的“極光”。

2023年新西蘭南島西海岸?？怂贡ǖ哪蠘O光 來(lái)源丨新華社

極光主要出現(xiàn)在南極圈和北極圈附近，越靠近赤道的中低緯度地區(qū)，極光越罕見。只有當(dāng)帶電粒子流強(qiáng)度足夠大時(shí)，與地磁作用下產(chǎn)生特大地磁暴，那么在中低緯度區(qū)域才可能見到極光。但是目前極光無(wú)法被精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，也許到南北極圈待上十來(lái)天，也可能見不到極光。

極光雖美，但地磁擾動(dòng)卻會(huì)對(duì)許多人類活動(dòng)造成不利影響，尤其是通信行業(yè)。

太陽(yáng)耀斑爆發(fā)時(shí)發(fā)出的電離輻射會(huì)干擾地球大氣的電離層，引發(fā)電離層閃爍及電離層延遲等，進(jìn)而影響到無(wú)線電通信和GPS導(dǎo)航定位系統(tǒng)，導(dǎo)致定位錯(cuò)誤或中斷。

此外，地磁暴還會(huì)導(dǎo)致地面電網(wǎng)、石油管線等運(yùn)輸線路形成感應(yīng)電流，容易引起電網(wǎng)跳閘等事故。如1989年，加拿大魁北克地區(qū)持續(xù)12個(gè)小時(shí)的大規(guī)模停電事故，就是由于地磁暴引起的。

地磁暴還會(huì)對(duì)航天器運(yùn)行造成影響。地磁擾動(dòng)會(huì)引起大氣密度變化，進(jìn)而導(dǎo)致大氣阻力增加，使得衛(wèi)星尤其是低軌衛(wèi)星的軌道高度下降，降低衛(wèi)星壽命。

1973年美國(guó)發(fā)射的Skylab（天空實(shí)驗(yàn)室）衛(wèi)星，當(dāng)時(shí)預(yù)計(jì)該衛(wèi)星能夠運(yùn)行10年之久。但是，后續(xù)由于多個(gè)地磁暴陸續(xù)出現(xiàn)，導(dǎo)致其飛行阻力變大，僅四年之后衛(wèi)星就脫離了穩(wěn)定狀態(tài)，1979年墜入大氣隕落。

人造衛(wèi)星 來(lái)源丨百度百科

地磁暴還會(huì)對(duì)一些動(dòng)物活動(dòng)產(chǎn)生影響，如信鴿、海龜這類靠地磁場(chǎng)來(lái)感應(yīng)方向的動(dòng)物，當(dāng)磁場(chǎng)發(fā)生紊亂時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致它們的行進(jìn)、遷移路線發(fā)生改變。

那么，有什么方法可以及時(shí)檢測(cè)地磁暴的發(fā)生呢？

3 地磁暴預(yù)警方式

2021年，我國(guó)發(fā)射了首顆太陽(yáng)探測(cè)試驗(yàn)衛(wèi)星——“羲和號(hào)”，可用于觀測(cè)太陽(yáng)大氣活動(dòng)，對(duì)地磁暴進(jìn)行預(yù)警，以便及時(shí)做好預(yù)防措施。

“羲和號(hào)”上搭載了太陽(yáng)Hɑ成像光譜儀，可以探測(cè)到Hɑ（氫阿爾法）譜線，對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行掃描“拍照”。Hɑ譜線是太陽(yáng)活動(dòng)在低層大氣里響應(yīng)最強(qiáng)的一種譜線，它可以直觀地反映出太陽(yáng)爆發(fā)的源區(qū)特征，有助于科學(xué)們正確掌握太陽(yáng)爆發(fā)的物理機(jī)制。

“羲和號(hào)”掃描圖像 來(lái)源丨國(guó)家航天局

通過(guò)分析掃描到的太陽(yáng)圖像，科學(xué)家們就能了解到太陽(yáng)爆發(fā)時(shí)的大氣溫度、速度等的變化，從而搭建起太陽(yáng)爆發(fā)過(guò)程中的完整物理模型。

2022年，“羲和號(hào)”第一次成功掃描了太陽(yáng)Hɑ波段光譜。目前，“羲和號(hào)”每掃描一次太陽(yáng)全日面只需要46秒，效率很高。

此外，國(guó)家空間天氣監(jiān)測(cè)預(yù)警中心還專門研究了一套衛(wèi)星軌道預(yù)報(bào)方式。將地磁暴對(duì)于衛(wèi)星的影響因素綜合考慮，使得衛(wèi)星預(yù)報(bào)得以高效有序的進(jìn)行。

有些人擔(dān)心，地磁暴出現(xiàn)次數(shù)多了，會(huì)導(dǎo)致地球磁場(chǎng)產(chǎn)生變化。事實(shí)上，地球磁場(chǎng)一直都處在變化之中，平均每一百萬(wàn)年，地磁的方向就會(huì)倒轉(zhuǎn)4-5次，每次倒轉(zhuǎn)后持續(xù)時(shí)間從幾千年到幾萬(wàn)年不等。

地球磁場(chǎng)示意圖 來(lái)源丨百度百科

目前，關(guān)于地磁倒轉(zhuǎn)的原因尚沒(méi)有明確的科學(xué)研究證明。

對(duì)于人類而言，地磁身上還有著許多的秘密未曾挖掘出來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷突破發(fā)展，相信在不久的將來(lái)，我們一定能揭開地磁的那層面紗。