審核專(zhuān)家：占明錦

中國氣象科學(xué)研究院博士

前段時(shí)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，至今出現過(guò)最強的地磁暴。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(lái)源丨新聞圖片

事實(shí)上，早在今年的3月份，也曾報道過(guò)一次較大的地磁暴。多個(gè)地磁暴相繼出現，會(huì )對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(chēng)，再過(guò)不久，地磁就會(huì )發(fā)生反轉，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。

什么是地磁暴？

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

地球的地核包括內核和外核兩部分，內核溫度最高，為固體；外核溫度次之，充斥著(zhù)大量以鐵鎳為主的流體。這些流體帶有磁性，在地球自轉和高溫作用下進(jìn)行對流運動(dòng)，會(huì )引起電磁感應，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)現象。它有專(zhuān)門(mén)的強度等級，研究中常用Dst指數來(lái)分級，在實(shí)際的預警應用中則采用Kp指數來(lái)分級，Kp指數最高是9級，屬于特大地磁暴級別。

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)局部區域發(fā)生劇烈爆發(fā)，產(chǎn)生強烈閃光的現象。依照太空觀(guān)測衛星（GOES）在地球附近測量的X射線(xiàn)峰值通量（波長(cháng)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。每一級再細分為1-9階（X級除外），目前X級的最高值已經(jīng)記錄到X-28。

當爆發(fā)太陽(yáng)耀斑時(shí)，會(huì )在短期內釋放出大量的能量，產(chǎn)生多種高能電磁輻射，如γ射線(xiàn)、X射線(xiàn)等。這些輻射到達地球會(huì )影響地球的電離層，對磁場(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 )以每秒數百千米的速度撞擊地球的磁層，導致磁層出現明顯的壓縮變形，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 )導致劇烈地磁暴的產(chǎn)生。本文開(kāi)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)合引起的現象。

地磁暴的影響

在地球上，地磁暴帶來(lái)的最直觀(guān)影響就是極光。

當地磁暴發(fā)生時(shí)，地磁中的帶電粒子會(huì )沿著(zhù)磁力線(xiàn)進(jìn)入地球的大氣層中，導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

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

極光雖美，但地磁擾動(dòng)卻會(huì )對許多人類(lèi)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(xiàn)電通信和GPS導航定位系統，導致定位錯誤或中斷。

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

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

1973年美國發(fā)射的Skylab（天空實(shí)驗室）衛星，當時(shí)預計該衛星能夠運行10年之久。但是，后續由于多個(gè)地磁暴陸續出現，導致其飛行阻力變大，僅四年之后衛星就脫離了穩定狀態(tài)，1979年墜入大氣隕落。

人造衛星 來(lái)源丨百度百科

地磁暴還會(huì )對一些動(dòng)物活動(dòng)產(chǎn)生影響，如信鴿、海龜這類(lèi)靠地磁場(chǎng)來(lái)感應方向的動(dòng)物，當磁場(chǎng)發(fā)生紊亂時(shí)，就會(huì )導致它們的行進(jìn)、遷移路線(xiàn)發(fā)生改變。

那么，有什么方法可以及時(shí)檢測地磁暴的發(fā)生呢？

地磁暴預警方式

2021年，我國發(fā)射了首顆太陽(yáng)探測試驗衛星——“羲和號”，可用于觀(guān)測太陽(yáng)大氣活動(dòng)，對地磁暴進(jìn)行預警，以便及時(shí)做好預防措施。

“羲和號”上搭載了太陽(yáng)Hɑ成像光譜儀，可以探測到Hɑ（氫阿爾法）譜線(xiàn)，對太陽(yáng)進(jìn)行掃描“拍照”。Hɑ譜線(xiàn)是太陽(yáng)活動(dòng)在低層大氣里響應最強的一種譜線(xiàn)，它可以直觀(guān)地反映出太陽(yáng)爆發(fā)的源區特征，有助于科學(xué)們正確掌握太陽(yáng)爆發(fā)的物理機制。

“羲和號”掃描圖像 來(lái)源丨國家航天局

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

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

有些人擔心，地磁暴出現次數多了，會(huì )導致地球磁場(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4-5次，每次倒轉后持續時(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)于地磁倒轉的原因尚沒(méi)有明確的科學(xué)研究證明。

對于人類(lèi)而言，地磁身上還有著(zhù)許多的秘密未曾挖掘出來(lái)，隨著(zhù)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(kāi)地磁的那層面紗。

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