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几乎正对地球!“宇宙闪烁”真的来了?

来源:蝌蚪五线谱2024-03-26 13:58

  3月24日,中国气象局发布大地磁暴预警,预警称本次地磁暴活动从3月24日持续到3月26日,3月25日可能发生中等以上地磁暴甚至大地磁暴。

  SOHO卫星携带的日冕仪拍摄到日冕物质抛射过程

  CME爆发前两个“蠢蠢欲动”的太阳活动区羲和号卫星

  此次日冕物质抛射(CME过程发生的位置几乎正对地球。因此,从地球看去,喷发物形成一个圆面,也就是以往我们提到的 “全晕”。此类爆发活动喷出的太阳物质相对地球速度快、覆盖度高,可能引起比较强的地磁活动。

  “大地磁暴”“全晕”都是什么意思?

  地磁暴是一种典型的太阳爆发活动。当太阳爆发时,会发生日冕物质抛射(CME一次抛射能将数以亿吨计的太阳物质以数百到数千米每秒的高速抛离太阳表面。

  太阳高能粒子流(太阳风)对地球周边区域/地磁场相互作用的示意图

  当CME对应的高能粒子流进入地球磁场范围后,会使地磁场压缩变形,并将大量带电粒子注入磁层区域,引发磁层环电流急剧变化;而由于变化的电流会产生变化的磁场,这一部分带电粒子流会给地磁场额外附加一部分感应磁场。

  这额外附加的部分就被称作地磁扰动,其中较强者会称作地磁暴。

  通常而言,越正对地球、速度越快的CME,会产生越强烈的地磁暴;而CME也具有不同形态,通常以CME两端夹角衡量,完全成环( 360°)者被称作晕状CME,这类通常是正对地球、速度极快的 CME事件,往往会引发强地磁暴事件。

  地磁暴的强度划分主要依据特定的地磁指数来进行,常用的地磁指数包括Dst指数和 Kp指数

  Dst指数,即地磁扰动指数,是测量太空天气条件的重要指标。它通过测量地球磁场水平分量的变化来反映地磁暴的强度。而Kp指数,即全球磁场指数,则反映了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。

  根据Dst指数的变化,地磁暴的强度可以分为五个级别:小磁暴、中等磁暴、大磁暴、特大磁暴和超大磁暴。同时,Kp指数也用于划分地磁暴的强度等级。根据Kp指数的变化,可以将地磁活动分为 平静、不平静、活动、小、大、强烈等不同等级。

  就本轮地磁暴的预测强度看,有较大的概率属于中等强度甚至大磁暴级别,也就是说在上面的“五级指数”中,属于中等偏下的级别,因此强度并不算特别大,对地球的影响还算是比较有限。

  为什么地磁暴总是与极光观测联系在一起?

  去年11月30日,中国气象局、国家空间天气监测预警中心预测称,11月30日、12月1日、2日三天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。

  大部分地区所见的极光都呈现绚烂的红色,但在偏北的漠河等地还能看到绿色极光的明灭。图片来源:漠河市委宣传部

  当时,我国黑龙江、内蒙古、新疆等地均出现极光活动,甚至北京都有清晰的极光目击和观测记录,绚丽的极光照片刷屏网络,北京极光迅速成为热点。

  北京极光 图片来源:浦石

  听到“空间天气”,多数人会感到陌生。这里的空间范围可不是简单的外太空。空间天气其实是发生在太阳表面、行星际直到地球空间环境(磁层、电离层、热层和中高层大气)中,可影响天基和地基的技术系统的正常运行和可靠性,危及人类的活动、健康和生命的条件或状态。其中最重要的空间天气是太阳活动。

  其实极光是地球收到来自太阳的第三次“快递”,太阳风暴爆发时,会对地球发送三次“快递”。

  第一次“快递”是由耀斑发射的电磁波,与日光到达地球一样,以约3x108m/s的速度在太空中穿行,仅需八分半钟后送至地球。其中的X射线和紫外线会影响地球的电离层,扰乱通讯系统和定位服务。

  第二次“快递”是高能质子相携而来,在几十分钟至十几小时后到达地球,引起电离层D区吸收,阻碍航空通信、卫星运行等。

  第三次“快递”则是由太阳物质组成的云团,向宇宙四处抛射的日冕物质,其中一部分会在约两三天后才会到达地球。大量日冕物质以高速在宇宙中穿行,配送快递。送达地球后,与地球磁场产生“摩擦”,形成地磁暴,在大气中则进行“包装”,便产生了极光。

  因此,地磁暴和极光是这些太阳高能粒子流影响的两个方面。通过监测地磁暴事件的强度,可以预测极光的强度。不过,绚丽的极光背后实则危机重重。太阳的运动看似与我们相去甚远,实际上无时无刻不在影响着我们的生活。

  地磁暴对地球会有哪些影响?我们该怎么办?

  地磁暴对人类社会和自然环境都会产生一定的影响。例如,它可能导致电力系统中断或设备损坏。对航天器造成额外的辐射影响,对宇航员的安全构成威胁。

  同时,地磁暴还会影响电子产品和通信设备中的电磁部件,可能导致通信中断、导航失灵等问题。此外,地磁暴还可能对卫星和空间站的运行产生影响,因为它们需要在稳定的地球磁场环境中才能正常工作。

  在气候和生态系统方面,地磁暴会导致地球磁场发生变化,进而影响大气层中的气候模式。例如,它可能引发极光出现、高纬度地区气温下降、大气环流变化等。这些气候变化可能会对生态系统产生影响,如影响鸟类迁徙、植物生长等。甚至对海洋生态系统产生影响,如引发海底电流变化,影响海洋生物的繁殖和生长。

  此外,地磁暴还可能对人类健康产生负面影响。它可能导致人体神经系统紊乱、心血管系统疾病等,例如引发失眠、头痛、情绪波动等问题。

  为了减轻太阳活动带来的破坏,我国科学家们持续努力研究和预测空间天气事件。这包括使用卫星和其他观测设备来监测太阳活动和空间天气条件,以及开发预测模型和算法来预测空间天气事件。尤其是对于航空航天事业的发展助益颇多。

  风云三号E星太阳极紫外波段监测图图片来源:空间天气

  参考来源:国家应急广播、科普中国、中科院物理所、科技日报、北京发布

  策划:蔡琳 文稿:董小娴

[ 责编:蔡琳 ]
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