審核專家：占明錦

中國氣象科學(xué)研究院博士

前段時間，新聞上報道了這樣一則消息，中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心檢測到地球上出現(xiàn)了一次特大地磁暴。

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

來源丨新聞圖片

事實上，早在今年的3月份，也曾報道過一次較大的地磁暴。多個地磁暴相繼出現(xiàn)，會對我們的生活造成什么影響嗎？地磁暴究竟是什么來頭？

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

什么是地磁暴？

在詳細(xì)解答這個問題之前，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)行對流運動，會引起電磁感應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生地磁。

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

地球磁場視覺效果示意圖 來源丨NASA而地磁暴，就是地球磁場全球性的劇烈擾動現(xiàn)象。它有專門的強(qiáng)度等級，研究中常用Dst指數(shù)來分級，在實際的預(yù)警應(yīng)用中則采用Kp指數(shù)來分級，Kp指數(shù)最高是9級，屬于特大地磁暴級別。

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

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

當(dāng)爆發(fā)太陽耀斑時，會在短期內(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)地球會影響地球的電離層，對磁場產(chǎn)生干擾；這個過程中還會產(chǎn)生高能的帶電粒子，也會產(chǎn)生輻射干擾。

來源丨百度百科

日冕物質(zhì)拋射（Coronal Mass Ejection，CME）即太陽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)而引起地球磁場劇烈擾動，產(chǎn)生地磁暴。

日冕物質(zhì)拋射 來源丨百度百科

也就是說，在太陽耀斑與日冕物質(zhì)拋射的共同作用下，會導(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級耀斑和全暈日冕物質(zhì)拋射聯(lián)合引起的現(xiàn)象。

地磁暴的影響

在地球上，地磁暴帶來的最直觀影響就是極光。

當(dāng)?shù)卮疟┌l(fā)生時，地磁中的帶電粒子會沿著磁力線進(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”，也就是我們常說的“極光”。

2023年新西蘭南島西海岸福克斯冰川的南極光 來源丨新華社

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，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。但是目前極光無法被精準(zhǔn)預(yù)測，也許到南北極圈待上十來天，也可能見不到極光。

極光雖美，但地磁擾動卻會對許多人類活動造成不利影響，尤其是通信行業(yè)。

太陽耀斑爆發(fā)時發(fā)出的電離輻射會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)而影響到無線電通信和GPS導(dǎo)航定位系統(tǒng)，導(dǎo)致定位錯誤或中斷。

此外，地磁暴還會導(dǎo)致地面電網(wǎng)、石油管線等運輸線路形成感應(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個小時的大規(guī)模停電事故，就是由于地磁暴引起的。

地磁暴還會對航天器運行造成影響。地磁擾動會引起大氣密度變化，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年美國發(fā)射的Skylab（天空實驗室）衛(wèi)星，當(dāng)時預(yù)計該衛(wèi)星能夠運行10年之久。但是，后續(xù)由于多個地磁暴陸續(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 來源丨百度百科

地磁暴還會對一些動物活動產(chǎn)生影響，如信鴿、海龜這類靠地磁場來感應(yīng)方向的動物，當(dāng)磁場發(fā)生紊亂時，就會導(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檢測地磁暴的發(fā)生呢？

地磁暴預(yù)警方式

2021年，我國發(fā)射了首顆太陽探測試驗衛(wèi)星——“羲和號”，可用于觀測太陽大氣活動，對地磁暴進(jìn)行預(yù)警，以便及時做好預(yù)防措施。

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

“羲和號”掃描圖像 來源丨國家航天局

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

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

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

有些人擔(dān)心，地磁暴出現(xiàn)次數(shù)多了，會導(dǎo)致地球磁場產(chǎn)生變化。事實上，地球磁場一直都處在變化之中，平均每一百萬年，地磁的方向就會倒轉(zhuǎn)4-5次，每次倒轉(zhuǎn)后持續(xù)時間從幾千年到幾萬年不等。

地球磁場示意圖 來源丨百度百科

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

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

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