絢麗的極光背后會有哪些危險

王美麗

說起地球上最絢麗、最神秘的景觀，極光算是其中之一了。近日央視新聞在視頻號發布了一段北極圈爆發絢麗極光的視頻，瞬間引爆朋友圈，大自然的鬼斧神工，讓人驚嘆！

“說起極光，很多人也許不知道，它是受日冕物質拋射影響產生的。3月23日—24日，地球上出現了特大地磁暴導致極光增強現象。這是從2019年12月太陽進入第25個太陽周以來爆發的最強的一次地磁暴。”中國氣象局空間天氣首席科學家、國家空間天氣監測預警中心研究員樂貴明接受記者采訪時說。

但你知道嗎？突如其來的“美麗極光”其實也暗含著危險。地磁暴為何引發極光？

地磁暴的著名副產品——極光

大家對地磁暴這個概念可能比較陌生，但是地磁暴有一個非常著名的副產品——極光。不光是在兩極地區，生活在美國、英國等部分地區的人們，近期都觀測到罕見的極光。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，由太陽風與磁層相互作用產生的一種自然現象。

【小知識】“極光”這一術語來源于拉丁文“伊歐斯”這個詞。傳說“伊歐斯”是希臘神話中“黎明”的化身，是希臘神“泰坦”的女兒，太陽神和月亮女神的姐姐。而“極光”這一名稱卻來源于羅馬神話中的織架女神“奧羅拉”（Aurora），她掌管極光，代表旭日東升前的黎明。

地磁暴為何能帶來極光？學會看這張圖你就明白了

要了解這個問題，首先需要知道地球磁場磁力線的空間分布。

在中低緯地區，地球磁力線是閉合的。外來的帶電粒子不容易穿越磁力線。在緯度比較高的區域，地球磁力線是開放的，這使得太陽風中的帶電粒子能沿著開放的磁力線進入極區上空，當帶電粒子與極區上空的大氣發生相互作用時，就會產生極光。

由上述可見，極光的形成必備三大要素：太陽風（高能帶電粒子流）、地球磁場和大氣層。

磁暴期間，太陽風與磁層相互作用后注入極區的粒子會大幅度增加，注入地球磁場的緯度范圍也會擴大，從而導致極區極光增強而且能擴展到更低的緯度。按照國家標準，地磁暴強度Kp指數可分為五個級別：小、中等、大、特大、超大。此次地磁暴Kp指數高達8，達到了特大地磁暴級別。國家空間天氣監測預警中心空間天氣預報臺副臺長毛田說：“這次強度很強，近15年也只發生過5次這么強的地磁暴現象，近些年來比較少見。”

極光越美越危險嗎

極光雖然好看，但越絢麗的極光，意味著地磁暴越強烈，對地面通信和航天器運行威脅就越大。2022年2月，美國太空探索技術公司（Spac e X）發射升空的49 顆星鏈衛星，就因受到地磁暴影響，其中38顆星鏈衛星無法進入軌道。據悉，2022年2月地磁暴強度級別只是最小級別，那為何會造成如此大的影響呢？

根據國家空間天氣監測預警中心綜合分析，地磁暴發生后，給地球兩極地區注入巨大能量，其規模可能超過了中等地磁暴所引起的能量注入，隨后能量傳遞到高層大氣中，造成大氣被加熱，并向低緯擴散。低層大氣受熱膨脹，導致衛星軌道上的大氣密度增加，使得衛星所受阻力增大。因為沒有準確預估衛星軌道受影響的嚴重程度，所以衛星無法進入預定軌道。軌道高度在300千米以下的衛星受磁暴影響是非常大的，而SpaceX的星鏈當時所處的軌道正好處于這一高度范圍內。

除了威脅航天器運行，地磁暴還會威脅地球短波通信。短波通信是一個嚴重依賴地球電離層的通信方式。電離層是一個時時刻刻都在變化的傳輸媒質，當有地磁暴發生時，電離層電子密度隨高度的分布會發生很大變化，從而造成不同頻率的無線電波的反射高度發生變化。這時，如果還采用無磁暴時的電波傳播信號，這些信號的反射高度就會降低，導致在電波原有的接收點接收到的信號會大幅度衰減，甚至完全接收不到，從而造成短波通信中斷。

受本次地磁暴影響期間，短波信號衰減幅度超過50%。磁暴期間，導航定位都會受到很大影響，這對經過極區的航線或者要經過高緯地區的航線會造成嚴重影響，此時這些航線就需要依據空間天氣狀況重新制定。在此次特大地磁暴發生期間，作為國際民航組織（ICAO）全球空間天氣中心當值中心的國家空間天氣監測預警中心，及時向國際民航組織發布了地磁暴和短波通信可能受影響的信息。

此外，受強地磁暴影響期間，電網和地下管網（如石油和天然氣管道、海底光纜的外保護管等）也會受到影響。

如何科學應對地磁暴

地磁暴威力如此大，那么我們如何規避和減小它帶來的威脅呢？規避地磁暴威脅最有效的手段就是密切監測太陽活動、及時準確研判并預報其可能造成的地磁暴。

太陽活動的監測與預報是空間天氣監測預警中心的一項重要工作。一直以來，國家空間天氣監測預警中心在地面布設望遠鏡，在風云衛星上也有對紫外波段的成像觀測設備和對軟X射線的流量、多能段的太陽高能粒子流量的監測，從而為空間天氣預報提供了重要支撐。

本次地磁暴爆發期間，國家空間天氣監測預警中心緊密監測、及時反應，第一時間向ICAO發布了《ICAO空間天氣咨詢報》，3月23日夜間到26日受地磁暴影響期間，共發布空間天氣咨詢報14份，并對未來發生狀態滾動進行了準確預測，為全球民航提供了及時和高質量的服務。

“這次特大地磁暴是國家空間天氣監測預警中心為ICAO全球空間天氣中心執行任務期間出現的最強磁暴。這次磁暴過程中，我們的應對和為ICAO提供的服務，說明我們團隊完全能夠勝任ICAO的值班任務。這也是對我們實力的一次檢驗。”樂貴明說。

而參與此次值班任務的國家空間天氣監測預警中心的宋茜和韓大洋說：“每一次值班都要非常仔細、謹慎，當這次罕見特大地磁暴發生時，我們有一整套規章制度和流程，指導值班人員該如何做，所以我們也沒有慌亂。”韓大洋表示，參與ICAO值班任務期間，當有空間天氣發生變化時，需要做到眼快、手快、心快，這次團隊人員應對得都非常好。

太陽活動具有11年左右的周期，從2019年12月份開始，太陽進入第25個太陽活動周。近一年，太陽活動明顯增強，強爆發事件時有發生，國家空間天氣監測預警中心利用天地一體化空間天氣監測體系對太陽活動和空間天氣進行密切監測并及時發布預報，為相關部門提供服務和決策依據。毛田表示：“太陽將進入本活動周的峰年，強太陽活動總體上會越來越頻繁，我們將一如既往地努力，做好空間天氣的監測及預報、預警的工作。”