2023年12月15日 星期五
地磁暴会影响我们的日常生活吗
□ 韩大洋

    时报特稿

    12月1日至2日,受太阳日冕物质抛射(CME)爆发的影响,地球出现3小时全球磁场指数(Kp)为7的大地磁暴,3小时Kp为6的中等地磁暴,以及9小时Kp等于5的小地磁暴。

    伴随地磁暴的发生,我国黑龙江漠河、大庆,内蒙古、新疆等地均出现了极光,甚至是北京此次都有清晰的极光目击和观测记录。

    那么,到底什么是地磁暴?它是如何产生的?极光与它有什么联系?

    什么是地磁暴?

    地球内部熔融状态的金属铁、镍构成了地球的核心,它们在5000℃以上的高温下不断运动,从而形成了地球稳定的磁场环境。

    而距离我们1.5亿千米的太阳,作为太阳系最大的天体同样拥有着磁场,且其强度比地球磁场高出千倍。当太阳黑子爆发形成日冕物质抛射,或是暗条日珥在极高的磁场能推动下飞离太阳,这些喷发物就构成了巨大的磁云“炮弹”,一旦命中地球,就会造成地球磁场在大小和方向上发生快速的变化,当这种变化达到一定程度时我们就说发生了地磁暴。

    地磁暴是如何产生的?

    在国际上,用Kp指数来描述地磁活动的大小,即全球磁场指数,Kp指数是将全球13个地磁台站的数据经过整合处理后得出的一个数值,从0到9,并且从1开始,每一个数字对应本身以及“+”“-”共三个分级,从而将地磁活动等级划分为28个,数字越大,代表着地磁活动的强度也越高。

    以12月1日发生的大地磁暴为例,起因便是11月28日、29日太阳爆发的三次CME,数亿吨甚至数万亿吨的日冕物质在磁场的驱动下,被加速到每秒数百千米的高速,从而形成类似爆炸的冲击波,它快速传递到太阳系的各地。当这些太阳物质中的高能带电粒子“撞上”地球时,地球磁场第一个做出了反应——地磁暴发生。

    值得一提的是,地磁暴的“暴”没有火字旁,也就是说它和大家日常比较熟悉的爆炸、爆燃,以及爆米花都不搭边。所以,今后我们听到“地磁暴”三个字时不必惊慌,先看看它的磁暴等级是多少。

    地磁暴或对航天航空、地面能源管网等造成一定影响

    地磁暴的发生是全球性的。纬度越高、越是靠近极区的地方,地磁场变化的数值越大。而地球的空间结构和人类现有的主要高科技系统,决定了受地磁暴影响的有航天、航空、通讯、导航、地面能源管网,以及生物地磁导航等几大领域。

    在航天领域,由于地磁暴发生时会对地球低层大气产生加热作用,受到加热温度升高的气体会运动地更快,从而造成大气体积的整体膨胀;再加上这些大气由于地面的限制,只能向上膨胀,所以,原本极为稀薄的高空大气,就在不断地“补给”过程中密度升高。这就给高速飞行的低轨卫星、空间站造成了额外的飞行阻力,也就是大气拖曳作用,它会降低飞行器的速度和轨道高度。比如,2022年2月发射的49颗星链卫星,就因地磁暴造成的轨道大气密度升高入轨失败,最终38颗卫星坠入大气烧毁。

    对于民航领域,地磁暴的影响主要集中在通讯和航空辐射。带电粒子的轰击使得南北极区上空的电离层出现巨大变化。在跨极区飞行的国际航班上,飞行员与地面台站通话所使用的短波信号会被其吸收,严重影响通话质量,极端情况下会造成失联。另外,航空辐射则会在地磁暴期间较平时有所升高,影响最大的还是跨极区飞行,辐射剂量较日常会提升数倍甚至更多。

    在能源管网领域,地磁暴时变化的磁力线,会作用在金属管线之上,从而形成巨大的感应电流,威胁设备安全。如在1989年3月,地磁暴造成加拿大魁北克地区的输变电站内一台主变压器被烧毁,整个地区近600万人无电可用,而大停电持续了近10个小时。

    但是对于公众来说,除了信鸽玩家和极光爱好者两个群体,地磁暴是没有直接影响的。信鸽借助太阳和地磁场进行远距离飞行导航,能够从数百千米之外的地方回到鸽巢,但地磁暴的发生打破了原有的导航信息,极可能造成信鸽迷航。所以在12月1日、2日两天里,有的信鸽比赛归巢率还不到20%。但极光爱好者们就完全不一样了,面对发生在我国多地的极光秀,大家都震惊了——以往这些,几乎要飞行四分之一个地球才能看到,现在国内就可以见到了。

    [作者系国家卫星气象中心(国家空间天气监测预警中心)工程师]

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