随着太阳自2019年12月份进入第25个为期11年的太阳活动周,关于太阳活动的谣言便开始同它一起“闪烁”在公众视野中。
“闪烁”着的太阳将用地磁暴袭击地球?人类即将与世界末日擦身而过?
在回答这类耸人听闻的问题之前,我们可以先试图理解究竟什么是地磁暴。
一、什么是地磁暴?
地磁暴是指全球范围内地磁场持续的剧烈扰动。
当太阳发出的高速太阳风、日冕物质等到达时,由于携带太阳的磁场与能量,所以会与地球磁场相互作用,进而挤压、拉伸地球磁场,地球磁场因此出现大小和方向的剧烈变化,这种变化的状态就叫地磁暴,而地磁暴的发生往往是全球性的。
二、如何判断地磁暴的等级
按照国家标准,地磁暴的强度等级一般用Kp指数和Dst指数这两类地磁指数来划分。
其中,Kp指数即全球磁场指数,其反映的是每三小时地球磁场活动的情况,数值越大对应的地磁活动越强;Dst指数即地磁扰动指数,是测量太空天气条件的一项指标。
地磁暴强度等级(按Kp指数划分):
按照Dst指数划分的地磁暴强度等级:
三、地磁暴发生的频率?
地磁场受太阳活动影响,它的频率和强度是随着太阳周期的不同阶段而变化。
磁暴出现的频次与太阳活动相关,但绝非罕见。平均而言,一个太阳周(注:太阳周是指从地球上观测到的太阳辐射的长周期性变化,根据历史统计,一个太阳活动周大约对应10.7年)会发生2~3次特大磁暴,8次大磁暴,400次小磁暴。而在太阳活动高年1~2月,便可发生一次大或特大磁暴。
至于特大地磁暴,近15年只发生过5次。
四、强地磁暴为何会引发极光?
地磁暴的一大著名可视化表现就是极光。由于太阳风增加了磁层中的质子和电子的能量,这些粒子通常在地球的极区进入地球外层大气。当这些粒子与稀薄的高层大气中的中性分子和原子相撞击时,部分粒子就会发出不同颜色的光来。
最开始时,极光出现在纬度60°到80°之间;随着磁暴的发展,极光带会逐渐向赤道方向扩展。例如在1909年一次罕见的地磁暴中,在地球的磁赤道上的新加坡也看到了极光。
12月1日,在漠河市北极村出现极光美景
对于北半球而言,磁暴越强,极光发生的范围就会越往南扩,如果足够强的话,就可能在我国上空出现极光。
近几年是太阳活动高年,太阳较为活跃,当太阳耀斑爆发或日冕物质抛射发生后,一些速度很快的高能带电粒子可能会传输到地球附近,“如果它们(高能带电粒子)不是特别强,受地球磁场影响,基本会被地球的两极‘俘获’,所以极光一般出现在南北两极附近的极光;不过,如果高能带电粒子流强度很强,与地球磁场相互作用产生‘特别强的磁暴’,那在中高纬度地区也可能会看到极光,甚至在低纬度地区也能看到。”
北京天文馆研究员朱进在接受媒体采访时表示,我国出现极光的次数不一定和大家观测到的次数吻合。譬如,如果发生极光时天气条件较差,被观测到的概率就比较小;受时间、地理位置影响,极光也有没被观测到的情况。
五、地磁暴会带来哪些影响?
1.通讯系统
造成短波通信中断。许多通讯系统特别是短波通讯依赖地球电离层反射电波信号进行远距离信息传播。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,从而造成不同频率的无线电波的反射高度发生变化;这时如果还采用无磁暴时的电波传播信号,这些信号的反射高度会降低,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。
2.卫星
影响在轨卫星。地磁暴和增强的太阳紫外辐射加热地球高层大气,会引起大气的膨胀。被加热的空气上升,使得低轨道卫星(400公里左右)大气密度显著增加。这个结果使得卫星在空间中的拖曳力增强,从而导致运动变慢、轨道轻微地变化。除非定期将卫星向较高轨道推进一点,否则它们将缓慢坠落,最终在地球的大气层中燃烧。
例如2022年2月,美国SpaceX发射升空的49颗星链卫星,就因受到地磁暴影响,使得38颗星链卫星无法进入轨道。
3.电力系统
出现停电现象。磁场在如线圈这样的导体附近移动时,导体内会产生感应电流。当磁暴发生时,这种感应电流会相当强。这种由磁暴在电线中感应的直流电对输电设备的危害非常大。
例如1989年3月13日,在Montreal(蒙特利尔)、 Quebec(魁北克)地区由于一个巨大磁暴,六百万人的地区停电九个小时。在美国的东北部和瑞典的部分地区也出现了停电现象。
4.生物迁徙
影响生物辨别方向的能力。变化的地磁场能够影响生物体系。在地磁暴期间,会影响信鸽和其他迁徙行动物,如海豚和鲸鱼等在方向辨别能力的下降。
5.管道系统
加剧管道系统腐蚀程度。地磁场的快速变化能在管道中产生感应电流。地磁暴时期,管道中的流量表会显示错误的流量信息、管道折缝处的腐蚀程度明显增加。如不注意在磁暴期间区平衡流量,腐蚀程度会更加剧。
六、地磁暴会毁灭地球吗?
我们可以回顾一下史上最强地磁暴事件——1859年卡林顿事件。在卡林顿事件发生期间,由于观测技术还不够成熟,空间环境扰动监测数据也不够全面。但事后人们从高能粒子数量、极光范围、地磁扰动和造成的危害这几个方面还是可以推断出卡林顿事件是历史最强太阳风暴。
卡林顿事件与十大空间灾害事件Dst对比图
卡林顿事件对电报业造成了严重损害。意大利的托斯卡纳等广大地区的电报站机器都出现了闪火花现象,甚至电线也被熔化了。并且随着时间推移,波士顿至波特兰的电报线在没有电池的情况下,依靠地磁暴产生的电流持续工作长达两小时之久。
显然,史上最强地磁暴事件没有毁灭地球。这种规模的太阳风暴如果发生在现代,所带来的结果也是造成大范围的电力中断:停电,以及电网长期停电造成的破坏。
卡林顿事件对电报行业造成严重损害
七、地磁暴能被预测吗?
预测地磁暴需要密切监测太阳活动,可以在地面布设望远镜,在风云卫星上设置成像观测设备监测紫外波段、软X射线的流量、多能段的太阳高能粒子流量,来及时准确研判并预报可能造成的地磁暴。
国家空间天气监测预警中心工程师韩大洋特别嘱咐大家,关于太阳爆发、地磁暴等空间天气相关事件与病毒流行以及影响生活在地面的人类健康等等网络上的传闻,目前都还没有权威的研究结果,甚至很多都是巧合与谣言,大家不必过于恐慌。
此外,所谓地磁暴引发地震、地磁暴导致地球毁灭这类传闻,大家看到了就笑着划过去吧!

