版权归原作者所有,如有侵权,请联系我们

能引发极光!地磁暴究竟是什么来头

北京科学中心
原创
北京科学中心(北京青少年科技中心)科普号
收藏

前段时间,新闻上报道了这样一则消息,中国科学院国家空间科学中心检测到地球上出现了一次特大地磁暴

这次的地磁暴有多大?它是第25太阳活动周里,至今出现过最强的地磁暴。在它的影响下,在中国新疆和漠河等地还能看到美丽的极光

图片

来源丨新闻图片

事实上,早在今年的3月份,也曾报道过一次较大的地磁暴。多个地磁暴相继出现,会对我们的生活造成什么影响吗?地磁暴究竟是什么来头?

有传言还宣称,再过不久,地磁就会发生反转,这又是怎么一回事?真相到底如何,赶快跟随小编来看一看。

1 什么是地磁暴?

在详细解答这个问题之前,我们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。

地磁产生至少有约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风的侵害,保护地球的大气层和自然生态。

图片

地球磁场视觉效果示意图 来源丨NASA

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。

与地磁暴有关的太阳爆发活动有两种,分别为太阳耀斑和日冕物质抛射。

太阳耀斑(Solar flare)即太阳局部区域发生剧烈爆发,产生强烈闪光的现象。依照太空观测卫星(GOES)在地球附近测量的X射线峰值通量(波长在100至800皮米之间),将太阳耀斑分为了A、B、C、M、X五个等级。每一级再细分为1-9阶(X级除外),目前X级的最高值已经记录到X-28。

当爆发太阳耀斑时,会在短期内释放出大量的能量,产生多种高能电磁辐射,如γ射线、X射线等。这些辐射到达地球会影响地球的电离层,对磁场产生干扰;这个过程中还会产生高能的带电粒子,也会产生辐射干扰。

图片

来源丨百度百科

日冕物质抛射(Coronal Mass Ejection,CME)即太阳表面日冕层向行星际空间抛射日冕物质和等离子体的现象。

这些日冕物质和冕洞高速等离子体物质会以每秒数百千米的速度撞击地球的磁层,导致磁层出现明显的压缩变形,进而引起地球磁场剧烈扰动,产生地磁暴。

图片

日冕物质抛射 来源丨百度百科

也就是说,在太阳耀斑与日冕物质抛射的共同作用下,会导致剧烈地磁暴的产生。本文开头新闻中提到的特大地磁暴,就是一次由M1.7级耀斑和全晕日冕物质抛射联合引起的现象。

2 地磁暴的影响

在地球上,地磁暴带来的最直观影响就是极光

当地磁暴发生时,地磁中的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”。

图片

2023年新西兰南岛西海岸福克斯冰川的南极光 来源丨新华社

极光主要出现在南极圈和北极圈附近,越靠近赤道的中低纬度地区,极光越罕见。只有当带电粒子流强度足够大时,与地磁作用下产生特大地磁暴,那么在中低纬度区域才可能见到极光。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。

极光虽美,但地磁扰动却会对许多人类活动造成不利影响,尤其是通信行业。

太阳耀斑爆发时发出的电离辐射会干扰地球大气的电离层,引发电离层闪烁及电离层延迟等,进而影响到无线电通信和GPS导航定位系统,导致定位错误或中断。

此外,地磁暴还会导致地面电网、石油管线等运输线路形成感应电流,容易引起电网跳闸等事故。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。

地磁暴还会对航天器运行造成影响。地磁扰动会引起大气密度变化,进而导致大气阻力增加,使得卫星尤其是低轨卫星的轨道高度下降,降低卫星寿命。

1973年美国发射的Skylab(天空实验室)卫星,当时预计该卫星能够运行10年之久。但是,后续由于多个地磁暴陆续出现,导致其飞行阻力变大,仅四年之后卫星就脱离了稳定状态,1979年坠入大气陨落。

图片

人造卫星 来源丨百度百科

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。

那么,有什么方法可以及时检测地磁暴的发生呢?

3 地磁暴预警方式

2021年,我国发射了首颗太阳探测试验卫星——“羲和号”,可用于观测太阳大气活动,对地磁暴进行预警,以便及时做好预防措施。

“羲和号”上搭载了太阳Hɑ成像光谱仪,可以探测到Hɑ(氢阿尔法)谱线,对太阳进行扫描“拍照”。Hɑ谱线是太阳活动在低层大气里响应最强的一种谱线,它可以直观地反映出太阳爆发的源区特征,有助于科学们正确掌握太阳爆发的物理机制。

图片

“羲和号”扫描图像 来源丨国家航天局

通过分析扫描到的太阳图像,科学家们就能了解到太阳爆发时的大气温度、速度等的变化,从而搭建起太阳爆发过程中的完整物理模型。

2022年,“羲和号”第一次成功扫描了太阳Hɑ波段光谱。目前,“羲和号”每扫描一次太阳全日面只需要46秒,效率很高。

此外,国家空间天气监测预警中心还专门研究了一套卫星轨道预报方式。将地磁暴对于卫星的影响因素综合考虑,使得卫星预报得以高效有序的进行。

有些人担心,地磁暴出现次数多了,会导致地球磁场产生变化。事实上,地球磁场一直都处在变化之中,平均每一百万年,地磁的方向就会倒转4-5次,每次倒转后持续时间从几千年到几万年不等。

图片

地球磁场示意图 来源丨百度百科

目前,关于地磁倒转的原因尚没有明确的科学研究证明。

对于人类而言,地磁身上还有着许多的秘密未曾挖掘出来,随着科学技术的不断突破发展,相信在不久的将来,我们一定能揭开地磁的那层面纱。

评论
善于分析的诗情画意侠
庶吉士级
对于人类而言,地磁身上还有着许多的秘密未曾被挖掘出来,随着科学技术的不断突破发展,相信在不久的将来,我们一定揭开地磁那层面纱。
2023-12-02
科普6457c61b
贡士级
有传言还宣称,再过不久,地磁就会发生反转,这又是怎么一回事?真相到底如何,赶快跟随小编来看一看。。。。
2023-12-02
高高雁
太师级
地磁身上还有着许多的秘密未曾挖掘出来,随着科学技术的不断突破发展,相信在不久的将来,我们一定能揭开地磁的那层面纱。
2023-12-02