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“特大地磁暴”引发罕见极光 越美越危险该如何科学应对

来源： 最后更新：23-04-14 10:11:36

网讯，见过极光的人，都被它的美惊艳到，不禁感叹大自然的神奇。不过，越是美丽的东西，其实越是隐藏着一些人们难以察觉的危险。近日，据说北极“特大地磁暴”引发罕见极光！相信很多人都想前往去邂逅。但专家说了，这背后有危险，那该如何科学应对？一起来了解。

“特大地磁暴”引发罕见极光

地磁暴

近日，北极圈爆发绚丽极光。大自然的鬼斧神工看得让人惊叹，但你知道吗？这些罕见极光由“特大地磁暴”引发，美景背后其实也有危险！

专家表示，这是从2019年12月太阳进入第25个太阳周以来爆发的最强的一次地磁暴。

对地磁暴这个概念，大家可能比较陌生，但是地磁暴有一个非常著名的副产品——极光。不光是在两极地区，生活在美国和英国等部分地区的人们，近期都观测到罕见的极光。极光其实就是地磁暴可视化的表现。极光是地面上能用肉眼看到的，由太阳风与磁层相互作用产生的一种自然现象。

地磁暴为何能带来极光？

专家表示，要了解这个问题，首先需要知道地球磁场磁力线的空间分布。

在中低纬地区，地球磁力线是闭合的。外来的带电粒子不容易穿越磁力线。在纬度比较高的区域，地球磁力线是开放的，这使得太阳风中的带电粒子能沿着开放的磁力线进入到极区上空、当带电粒子与极区上空的大气发生相互作用时，就会产生极光。

由上可见，极光的形成必备三大要素：太阳风(高能带电粒子流)、地球磁场和大气层。

磁暴期间，太阳风与磁层相互作用后注入到极区的粒子会大幅度增加，注入地球磁场的纬度范围也会扩大，从而导致极区极光增强而且能扩展到更低的纬度。按照国家标准，地磁暴强度Kp指数可将其划分为五个级别（小、中等、大、特大、超大），此次地磁暴Kp指数高达8，达到了特大地磁暴级别。国家空间天气监测预警中心空间天气预报台副台长毛田说：“这次强度很强，近15年也只发生过5次这么强的地磁暴现象，近些年来比较少见。”

极光越美越危险？地磁暴威胁航天器运行和地球通信

“极光虽然好看，但越绚丽的极光，意味着地磁暴越强烈，对地面通信和航天器运行威胁就越大。”专家表示。

2022年2月，美国太空探索技术公司（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。据悉，2022年2月地磁暴强度级别只是达到最小级别，为何会造成如此大损失？

地磁暴

根据国家空间天气监测预警中心综合分析，地磁暴发生后，给地球两极地区注入巨大能量，其规模可能超过了中等地磁暴所引起的能量注入，随后能量传递给高层大气中，造成大气被加热，并向低纬扩散。低层大气受热膨胀，导致卫星轨道上的大气密度增加，使得卫星所受阻力增大。因为没有准确预估卫星轨道受影响的严重程度，所以才引起卫星无法进入预定轨道。轨道高度在300公里以下的卫星受磁暴影响是非常大的，而SpaceX的星链当时所处的轨道正好处于这一高度范围内。

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。电离层是一个时时刻刻都在变化的传输媒质，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。

专家表示，本次地磁暴影响期间，短波信号衰减幅度超过50%。磁暴期间导航定位都会受到很大的影响，这对飞过极区或者航线要经过高纬地区的航线会造成严重影响，此时这些航线就需要依据空间天气状况制定航线了。在此次特大地磁暴发生期间，作为国际民航组织（ICAO）全球空间天气中心当值中心的国家空间天气监测预警中心，及时向国际民航组织发布了地磁暴和短波通讯出现的信息。

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。

如何科学应对地磁暴？

专家表示，规避地磁暴威胁最有效的手段就是密切监测太阳活动、及时准确研判并预报其可能造成的地磁暴。

地磁暴发展过程：

地磁暴发生时，这种全球性的剧烈扰动会在整个磁层持续十几个小时到几十个小时的时间，所有地磁要素都发生剧烈变化。其中地磁水平分量H变化最大，其扰动幅度通常在几十纳特斯拉到几百纳特斯拉之间，最能代表磁暴过程特点（其变化在中低纬度地区表现得最为突出），所以，磁暴的大部分形态学和统计学特征是依据中低纬度H分量的变化得到的。典型磁暴的发展过程也是按照H分量的变化来划分的，通常可分为三个阶段：初相、主相和恢复相。

初相

磁暴开始之后，在全球各经度上，地磁水平分量在高于暴前值的水平上起伏变化，持续时间为几十分钟到几个小时，这个阶段叫做“初相”。

主相

初相结束后，H分量突然下降，半小时至数小时之内下降到极小值，称为“主相”。主相是磁暴的主要特点，磁暴的大小就是用主相阶段H分量下降最低点的幅度来衡量，一般磁暴H分量下降为几十到几百纳特斯拉，个别大磁暴可超过1000纳特斯拉。

恢复相

主相之后，H分量逐渐向暴前水平恢复，在此期间，磁场仍有扰动起伏，但总扰动强度逐渐减弱，一般需要2~3天才能完全恢复平静状态，这一阶段叫做“恢复相”。

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