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和地磁暴有關?睡不着、起不來床、不想上班……線上等,挺急的!

作者:經濟參考

地磁暴又又又又又又又又又又上熱搜了,起因是最近太陽又接連爆發幾個X級強耀斑。據國家空間天氣監測預警中心消息,國家空間天氣監測預警中心5月11日9時釋出地磁暴紅色預警:中原標準時間2024年5月10日23時起發生地磁暴,最大級别達到超大地磁暴(Kp=9)水準,預計未來24小時,磁暴過程仍将持續,後續仍可能發生大地磁暴。

通過微網誌平台的情緒分析,相關搜尋裡,近6成閱聽人情緒是“恐懼”。大家擔心的内容包括但不限于:地磁暴可能引起頭疼、睡不着、起不來床、不想上班、頭暈惡心、情緒差、很困……

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先别慌也别怕,一起來了解下,地磁暴到底是啥?

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頻上熱搜!啥是“地磁暴”

地磁暴是一種典型的太陽爆發活動。當太陽爆發時,會發生日冕物質抛射,一次抛射能将數以億噸計的太陽物質以數百到數千米每秒的高速抛離太陽表面。

這來自太陽的高能帶電粒子流主要起源自太陽大氣最外層——日冕層。日冕層溫度極高的同時物質極其稀薄,此時物質以帶電的等離子體形式存在。通常情況下,這些帶電粒子被封閉的太陽磁場所束縛,難以成規模地逃離,但在兩類情況下,它們會順利噴薄而出:

一是日冕存在較穩定(持續數日)的特定結構,如冕洞這類溫度較低、磁場線較為開放的結構,帶電粒子流會在這裡成功逃脫太陽磁場束縛,形成冕洞高速流;

而比其更為劇烈的,則是強烈太陽活動(包括但不限于耀斑爆發)引發的異常磁場擾動,導緻磁力線出現局部開放,此時這些“磁場缺口”處更容易出現帶電粒子流的快速噴薄而出,并形成日冕物質抛射(CME)事件——後者往往會引發更顯著的磁暴。

當CME對應的高能粒子流進入地球磁場範圍後,會使地磁場壓縮變形,并将大量帶電粒子注入磁層區域,引發磁層環電流急劇變化;而由于變化的電流會産生變化的磁場,這一部分帶電粒子流會給地磁場額外附加一部分感應磁場,這額外附加的部分就被稱作地磁擾動,其中較強者會稱作地磁暴。

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5月8-9日觀測到的多個全暈CME(SOHO衛星觀測)來源:中國科學院國家空間科學中心

地磁暴的強度劃分主要依據特定的地磁指數來進行。這些指數能夠反映地磁活動的劇烈程度,進而幫助我們了解地磁暴的強度等級。

具體來說,常用的地磁指數包括Dst指數和Kp指數。Dst指數,即地磁擾動指數,是測量太空天氣條件的重要名額,它通過測量地球磁場水準分量的變化來反映地磁暴的強度。而Kp指數,即全球磁場指數,則反映了每三小時地球磁場活動的情況,數值越大,對應的地磁活動越強。

根據Dst指數的變化,地磁暴的強度可以分為五個級别:小磁暴、中等磁暴、大磁暴、特大磁暴和超大磁暴。同時,Kp指數也用于劃分地磁暴的強度等級。根據Kp指數的變化,可以将地磁活動分為平靜、不平靜、活動、小、大、強烈等不同等級。

研究發現,大約每11年,太陽活動就會由高峰進入低谷再傳回到高峰,從未停止過。而在每一個周期内,太陽都會爆發幾次強太陽風暴,随之而來的是超級耀斑和幾十次強地磁暴。

而今年,正是太陽活動大年,根據國家衛星氣象中心(國家空間天氣監測預警中心)的統計,2月份開始,已發生12次地磁暴,其中11次都和太陽活動有關。最近更是連續出現太陽爆發活動,以太陽耀斑活動為主,其中5月3-7日下午,強度達到M級的中級耀斑22次,達到X級的大耀斑4次。

這也是今年以來頻頻有“地磁暴”上熱搜的原因。“另一個原因是,近年來,大陸空天一體化監測站網不斷完善,空間天氣監測預報預警能力不斷提升,對空間天氣事件的預測預報更加精準、精細,監測産品對極光觀測等助力明顯,公衆對空間天氣事件的認識和關注度與日俱增。”國家空間天氣監測預警中心空間天氣技術研發室主任宗位國曾對此解釋。

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5月10日X3.9級大耀斑(SDO衛星監測,世界時)。來源:中國科學院國家空間科學中心

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地磁暴的著名副産品一一極光

有網友說,“可以去追極光了”,沒錯,極光其實就是地磁暴可視化的表現。極光是地面上能用肉眼看到的、由太陽風與磁層互相作用産生的一種自然現象。在地球磁場和大氣的共同作用下,一場極光盛宴如期而至,黑龍江漠河和新疆部分地區全都出現了絢麗的極光。

極光是如何發生的?

當日冕物質攜帶着太陽的能量與地球相遇後,其中一部分會随着地球磁場進入兩極,并與距離地面一百到四百千米高的大氣層發生撞擊,撞擊的過程伴随着能量交換,這些能量在被大氣原子與分子的核外電子吸收之後,又快速得到釋放,釋放的結果就是産生發光。

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太陽風暴撞上地球磁場後,磁圈也發生了變形,一部分帶電粒子從地球兩極的磁場“開口”進入大氣層,就會激發絢爛的極光。來源:中國科普博覽

由于目前磁極也均位于地理上的南北兩極附近,因而這類發光現象集中在高緯度地區(尤其是環繞磁極的“磁緯度”較高地區,這裡也被稱作極光帶),極光也是以得名。

而極光的缤紛顔色與不同的大氣粒子和發光過程有關,也處在不同的高度。

如最常見的綠色極光,是氧原子被激發到激發态後,較短時間(1秒内到數秒)回複到基态時發出的光,通常在 100~200 千米高;而紅色極光同樣是激發态氧原子回複後的發光,但這一過程需要較長時間(數十秒到百餘秒),期間一旦與其他粒子碰撞将損失這部分能量而無法發光,因而紅色極光最主要在粒子密度更低、高度更高的層面相對常見(約 200~350 千米)。

通常而言,由于高空能發光粒子較為稀薄,紅色極光的強度相較綠色極光偏弱,但由于極光帶在大陸以北數百千米甚至更遠,大陸北方能看到的極光高度角都較低,加之地球表面的弧度、地形等遮擋,因而對于大陸北方等中緯度地區,反而高度較高、強度相對較弱的紅色極光更容易被看到。

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不想上班,和地磁暴有關嗎?

地磁暴對地球上生活的生物體而言,有直接、明确影響的,可能就是需要借助地磁導航的生物們了,比如信鴿。

對人類社會來說,地磁暴可能導緻電力系統中斷或裝置損壞,對航天器造成額外的輻射影響;它還可能對衛星和空間站的運作産生影響,因為它們需要在穩定的地球磁場環境中工作。地磁暴還會影響電子産品和通信裝置中的電磁部件,可能導緻通信中斷、導航失靈等問題。

盡管也有部分研究認為,太陽活動及伴随的地磁幹擾與人體血壓波動等影響有一定相關性,但這種相關性仍沒有直接且明确的更進一步研究。對于更多普通人而言,目前并無充分證據表明地磁暴對身體狀況存在影響。

“地磁暴的發生對公衆日常生活的影響微乎其微,對航空器和衛星軌道運作會有一定影響,但也都可測可控。”宗位國表示,受地磁暴對磁場的影響,衛星和空間站可能會因大氣拖曳造成軌道高度有所下降,需加強對軌道的監測并根據需要進行軌道調控;衛星導航裝置定位誤差可能有所增大,但對公衆日常使用導航等功能影響不大。

對于航空飛行來說,日常一次國内航班飛行的輻射劑量大約是2至6微西弗,跨越極區的國際航班輻射劑量稍高一些,大約為50微西弗,這個劑量是國家安全标準的幾百到幾十分之一。當發生大地磁暴或太陽質子事件時,航空輻射劑量會有所增加,但一次飛行影響也不大,大家不用擔心。對于信鴿放飛來說,地磁暴預報預警對于開展相關活動有較好的指導作用,可提前關注相關空間天氣預報預警産品,盡量減少在不良天氣條件下以及遠距離的放飛活動。

來源:瞭望智庫 綜合自微信公衆号“中國氣象”“中國天氣網”“國家空間科學中心”“北京日報”“科普中國”。