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“北京居然也拍到极光了!真是活久见!”

12月1日晚,在黑龙江省大兴安岭地区、北京怀柔等地出现极光,不少当地居民以及游客拍摄到这一美景。虽然极光常见于南极圈和北极圈附近,但专家表示,如果地磁暴特别强,极光发生的范围会扩大。

12月1日,中国气象局发布大地磁暴预警称,12月1日、2日,我国可能出现地磁暴活动,其中,12月1日可能发生中等以上地磁暴甚至大地磁暴。地磁暴究竟是什么来头?为何能引起极光现象?对日常生活有影响吗?一起来了解。

什么是地磁暴?

在详细解答这个问题之前,先要了解地磁是如何产生的。

地球的地核包括内核和外核两部分,内核温度最高,为固体;外核温度次之,充斥着大量以铁镍为主的流体。这些流体带有磁性,在地球自转和高温作用下进行对流运动,会引起电磁感应,进而产生地磁。

地磁产生至少有35亿年历史,它通过地球内部延伸到宇宙中,形成地球磁层,这个磁层可以阻挡太阳带电粒子流的侵害,保护地球的大气层和自然生态。

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而地磁暴,就是地球磁场全球性的剧烈扰动现象。它有专门的强度等级,研究中常用Dst指数来分级,在实际的预警应用中则采用Kp指数来分级,Kp指数最高是9级,属于特大地磁暴级别。

据国家空间天气监测预警中心监测 ,北京时间4月24日2时至8时,发生一场特大地磁暴,此次过程的Kp指数为8。4月24日凌晨,地磁暴在新疆克拉玛依引发了绚丽的极光,也曾引发网友热议。

这是自2019年12月太阳进入第25个太阳活动周以来,最强的一次地磁暴,也是近20年来最强的一次过程。国家空间天气监测预警中心首席预报员薛炳森表示,此次地磁暴是由伴随M1.7级太阳耀斑的日冕物质抛射引发的,是典型的太阳爆发。

作为最典型的太阳爆发活动,一次日冕物质抛射过程能将数以亿吨计的太阳物质以数百千米每秒的高速抛离太阳表面,不光是巨大质量与速度汇聚成的动能,它们还携带着太阳强大的磁场能,一旦命中地球,就会引发地磁场方向与大小的变化。

地磁暴为何能引发极光?

在本次地磁暴的作用下,12月1日晚,黑龙江漠河北极村出现红绿极光。而根据中国国家地理频道官方微博账号,12月1日晚,也有网友在北京怀柔拍摄到极光,这是北京史上第二次极光影像记录。

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北京也拍到极光!和地磁暴有何关系?对日常生活有影响吗?|第2眼

为何地磁暴能引发极光现象?当地磁暴发生时,带电粒子会沿着磁力线进入地球的大气层中,导致大气层分子与原子之间碰撞激发产生“荧光”,也就是我们常说的“极光”。极光最常见的颜色为绿色,此外还有红色、紫色等。

但为什么在中国看到的极光大都是红色呢?这主要是因为地表有一定弧度,使得地球本身会遮挡一部分远方的物体。如果观测点离极光太远,就只能看到高度更高的红色极光了。据中国气象局预报,此次我国北部地区,如黑龙江、新疆的部分地区有机会看到红色,甚至是绿色极光。

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一般情况下,太阳的高能带电粒子抵达地球附近时,地球磁场会把它们导向地球两极,因此极光也主要出现在南极圈和北极圈附近。但如果抵达地球的太阳高能带电粒子特别强,和地球磁场发生相互作用产生特别强的地磁暴,有些高能带电粒子会在中纬度或者低纬度地区进入大气层,就有可能在中低纬度地区产生极光。

北京天文馆研究员、《天文爱好者》杂志主编朱进表示,越靠近赤道的中低纬度地区,极光越罕见。据记载,地磁暴厉害的时候,甚至在赤道地区都能看到极光。因此,在北纬40°的北京地区看到极光是可能的。但是目前极光无法被精准预测,也许到南北极圈待上十来天,也可能见不到极光。

事实上,此次北京观测到极光,已有官方发布的地磁“预警”。12月1日,中国气象局发布大地磁暴预警,根据中国气象局空间天气中心监测,12月1日、2日,我国将可能出现地磁暴活动,其中12月1日可能发生中等以上地磁暴甚至大地磁暴,预计地磁活动将延续到12月2日。

朱进解释,当太阳日冕物质抛射或者太阳耀斑爆发后,这件事是以光速传播到地球的,人类在上述太阳活动发生后约8分钟便可知晓。而太阳带电粒子流的传播速度则要慢很多,需要两三天的时间才能抵达地球,因此,人类可以对可能出现的地磁暴进行预警。

热门科学科普博主“中国气象爱好者”说:“北纬45度以北的朋友只要天气晴好,出门望向北方都有可能看到极光。”“根据最新预测,目前还有4个太阳风暴正在奔赴地球,高纬度地区的极光活动将持续活跃,东北、新疆北疆未来几天仍有可能看到极光。”

地磁暴会带来什么影响?

极光虽好看,但越绚丽的极光,意味着地磁暴越强烈。中国气象局提醒,在地磁暴影响之下,空间站可能因大气拖拽造成轨道高度下降,卫星导航设备误差增大,航空飞行将面临通信环境变差和跨极区辐射的双重风险;对于公众,尤其是信鸽玩家和极光爱好者,未来几天要时刻注意空间天气信息。

在2022年2月,由马斯克创办的美国太空探索技术公司(SpaceX),将49颗星链卫星发射升空。由于受到地磁暴影响,其中38颗“星链”卫星无法进入轨道。而当时的地磁暴强度只是最小级别。

中国气象局国家空间天气监测预警中心首席预报员薛炳森表示,轨道高度在300公里以下的卫星受地磁暴影响是非常大的,而SpaceX的“星链”当时的轨道正好处于这一高度范围内。经过对比可以发现,一年多以前的那场地磁暴和今年的特大地磁暴相比只能算“小巫见大巫”。

除了威胁航天器运行,地磁暴还会威胁地球短波通信。短波通信是一个严重依赖地球电离层的通信方式。当有地磁暴发生时,电离层电子密度随高度的分布会发生很大的变化,导致在电波原有的接收点接收到的信号会大幅度衰减,甚至完全接收不到,从而造成短波通信的中断。

此外,强地磁暴影响期间,电网和地下管网(如石油和天然气管道,海底光缆的外保护管等)也会受到影响。如1989年,加拿大魁北克地区持续12个小时的大规模停电事故,就是由于地磁暴引起的。

地磁暴还会对一些动物活动产生影响,如信鸽、海龟这类靠地磁场来感应方向的动物,当磁场发生紊乱时,就会导致它们的行进、迁移路线发生改变。

同时,专家也表示,由于地磁暴一般持续的时间都不会太长,对公众日常生活影响不大,对人体的影响也很小,可以忽略不计,大家不用恐慌。

如何科学应对地磁暴?

地磁暴由太阳活动引发。太阳活动具有11年左右的周期,从2019年12月份开始,太阳进入了第25个太阳活动周期,预测在2025年左右迎来最高峰,强太阳活动总体上会越来越频繁。

地磁暴威力如此大,应该如何规避和减小它带来的威胁?薛炳森表示,规避地磁暴威胁最有效的手段就是“准确预报有可能发生的地磁暴”。

为此,国家空间天气监测预警中心在地面布设了多台望远镜,在风云卫星上也有对紫外波段的成像观测设备以及对软X射线的流量、多能段的太阳高能粒子流量的监测,为空间天气预报提供了重要支撑。

今年的三四月份地球出现地磁暴时,国家空间天气监测预警中心进行了及时的预报、监测,还没有到达业务运行所需轨道的风云三号G星,在轨道降低后将调整路径,继续前往目的地,以履行其在太空中的任务。

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“如果没有考虑到地磁暴对卫星的影响,那么对卫星轨道位置的计算就会有偏差,基于计算出的错误位置,就找不到卫星了。”薛炳森说。

此次事件也成为空间天气预报人员一次很好的实战演练,未来将更有信心去应对此类太阳爆发事件。

(参考资料:红星新闻、央视新闻、北京科学中心、中国气象报、新京报、南国今报、中国气象数据、@中国国家地理频道、潮新闻、网友微博等)

话题主持|记者 魏礼园

来源|羊城晚报·羊城派

责编|杨楚滢

校对|刘博宇

编辑:魏礼园

来源:羊城晚报•羊城派