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春分宜立蛋,今天你立蛋了么?

 全球技术地图 2020-11-02

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春色正中分


仲春初四日,

今日春分

2017年3月20日,春分。

今日,太阳到达黄经0度,昼夜平分,又正当春季九十日之半,故称“春分”。 春分时节,杨柳吐青、小麦拔节,在古老的传说中,春分这天最容易把鸡蛋立起来。据史料记载,春分立蛋的传统起源于4000年前的中国,以庆祝春天的来临。这一天,我国很多地方都会举行立蛋比赛。

“春分到,蛋儿俏” 的说法流传至今。而这个中国习俗也早已传到国外,成为“世界游戏”。据说1985年春分时,美国阿拉斯加大学艺术系教授格雷和他的学生在一间房屋里,一共立起来204个鸡蛋。

为什么要选在春分这一天立鸡蛋呢?

原来小游戏里还包含科学道理:春分这一天是南北半球昼夜平分的日子,呈66.5度倾斜的地球地轴与地球绕太阳公转的轨道平面刚好处于一种力的相对平衡状态,地球磁场相对平衡,立鸡蛋时受力相对均匀,因此在这一天立鸡蛋最容易成功。

春分&地磁场

那么,地磁场又是个啥?

地球可视为一个磁偶极,其中一极位于地理北极附近,另一极位于地理南极附近。通过这两个磁极的假想直线(磁轴)与地球的自转轴大约成11.3度的倾斜。地磁场的成因或许可以由发电机原理解释。地球的磁场向太空伸出数万公里形成地球磁圈。地球磁圈对地球而言有屏障太阳风所挟带的带电粒子的作用。

地球存在磁场的原因还不为人所知,普遍认为是由地核内液态铁的流动引起的。最具代表性的假说是“发电机理论”。1945年,物理学家埃尔萨塞根据磁流体发电机的原理,认为当液态的外地核在最初的微弱磁场中运动,像磁流体发电机一样产生电流,电流的磁场又使原来的弱磁场增强,这样外地核物质与磁场相互作用,使原来的弱磁场不断加强。由于摩擦生热的消耗,磁场增加到一定程度就稳定下来,形成了现在的地磁场。

地磁场&我们

那么地磁场和我们的生活又有什么联系呢?

研究表明,

地球磁场全球性的剧烈扰动会产生一种叫地磁暴的东东。

地磁暴是高速等离子体云到达地球空间后,

引发的最具代表性的全球空间环境扰动事件。

它的强度可以表征太阳风暴中高速等离子体云的影响大小。

磁暴的强度等级一般用地磁指数来表征,

常用的指数一般是两个:

Kp指数和Dst指数。

在研究中通常采用Dst指数分级,

而在预警应用中采用Kp指数。

等级对应警报程度如下:

在一个太阳活动周中,

弱地磁暴发生次数约2000次,

中等地磁暴约300次,

而强地磁暴仅为几次。

所以,来一起瞅瞅地磁暴的发生会产生什么样的影响吧~

一、对卫星的影响

地磁场的快速变化使得那些依靠磁场致稳的卫星发生定向错误,

影响卫星操作。

直接影响:

当地磁场扰动时,磁场方向和大小的改变会影响它们之间的力矩,致使卫星的姿态发生变化。卫星的姿态发生变化后,通信卫星将无法正常通信,甚至有时可能会中断通信;气象卫星、军事卫星也无法监测地球。

间接影响:

当强磁暴发生时,磁层顶部由于受到高速太阳风的剧烈挤压而被压缩到地球同步轨道之内,发生同步轨道磁层顶穿越事件。此时不仅会因所处的磁场环境发生变化而影响姿态,还会因为失去了磁场的保护而直接受到太阳风的冲击。

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二、对电网的影响

强磁暴时,地磁场会发生剧烈扰动变化,变化的地磁场会在土壤电阻率高的地区产生每公里几伏特到十几伏特,持续时间从几分钟到几小时的地面电势(Earth Surface Potential,ESP)。

而在高压、超高压输电系统中,由于电网变压器中性点直接接地,所以ESP会在东西走向、长距离输电线路与大地构成的回路中产生地磁感应电流(Geomagnetically Induced Currents, GIC)。容易引起大型变压器半波饱和而缩短其使用寿命,极端情况下会使其烧毁而造成永久损坏。

同时,由于磁暴的发生是全球同步,因此GIC会使整个电网范围内数百台变压器同时发生半波饱和,造成一些保护装置产生跳闸等误动作,致使供电系统电压严重下降导致系统崩溃,从而引发大面积停电事故。

GIC产生原理图

三、高能电子暴

强磁暴发生后,地球辐射带的形状和高能粒子的强度都会发生巨大的变化,尤其是外辐射带电子,电子的强度会骤然上升两到三个数量级以上,外辐射带电子的这种突然增强现象被称为高能电子暴,通常用同步轨道卫星探测的大于2兆电子伏特的高能电子1天的累积的通量来作为高能电子强弱的指标。

高能量的电子(能量0.2~10兆电子伏特)具有很强的穿透能力,高能电子暴发生时,卫星轨道上激增的高能电子透过卫星的外壳屏蔽,积聚在卫星内部的印刷电路板、电缆等材料中,并产生高达数千伏的电位差,电位差增大到一定程度就会引起静电放电,损坏卫星材料,破环电子器件,严重时甚至导致卫星报废,这种现象也被称为深层充电效应。

四、电离层暴

地磁暴发生时,注入电离层的能量增加,电离层受热膨胀,中性大气成分和粒子的运动发生变化,引起全球电离层电子密度异常变化,称为电离层暴。

电离层暴常常伴随地磁暴发生,电离层暴发生时,电子密度可能增大(正暴)也可能减小(负暴),持续时间约几个小时至几天。

电离层暴是影响卫星通信和导航的一个重要因素,

电离层暴发生时,快速的电子密度变化会影响电波通信的质量。

对于卫星导航,电离层暴会改变电离层的折射误差,

特别是电离层发生电离层正暴(电子密度增大)时,

电离层的折射误差增加,

引起定位精度下降。

五、对大气的影响

地磁暴发生时,焦耳加热和极光粒子沉降加热是太阳风提供给高层大气能量的主要方式。

极区大气首先被加热、膨胀上升,使得低层较密的大气被带到较高高度上,使极区高层大气密度和成分发生很大的变化;同时在大气环流的共同作用下,这种变化被带到其它高度和经纬度上,从而引起全球高层大气增温,密度和成分发生变化。

当大气密度陡增,大气阻力会突然加大,加速了航天器衰减的速度,从而导致其偏离预计航道,甚至提前掉入低层大气而陨落。

当然,地磁暴是可以被预报滴~

主要包括:

1. 利用行星际前哨站太阳风监测资料进行的警报

(地磁暴警报主要通过在L1点上的太阳风监测来进行。)

2. 利用太阳活动监测资料进行的地磁暴短期预报

(这种情况下更多是基于预报员的经验。对于CME引起的地磁暴,可以利用STEREO的立体观测结果进行预报;对于CIR引起的地磁暴,主要参考其之前曾引起的行星际太阳风和地磁场变化情况来进行。)

3. 利用CIR的重现特性进行的中期预报。

(3天以上的地磁暴预报就依赖于对CME和CIR发生可能性的预报。)

由此可见地磁场有多么强大,

在险恶的宇宙环境中,

是地磁场保护着这脆弱的地球啊。

那我们不妨来开个脑洞,

假如地球磁场的南北极发生颠倒会有什么后果捏?

我知道你会发出一个疑问:

这样的反转真会出现吗?

其实有事实证明,地球过去经历过许多次的地磁反转。

地质记录表明,

自地球在46亿年前形成以来,已经有过数百次地磁反转。

地球的磁场在“反极性”(地磁场方向与现在的方向相反)和“正极性”(地磁场方向与现在的方向相同)时期之间不断变换。

所以地质学家的研究认为,

地球的磁极反转在未来仍可能会发生。

地球的磁场源自核心,磁场反转的过程也始于那里。当地核中的铁原子沿相反的方向排列时,地磁反转就开始了。当这种反向排列的铁原子数量变得过高时,它们在地核中占优势,导致地球的整个磁场发生反转。

那么,如果磁极真的翻转会怎样?

首先会对生物产生一些影响,

当磁场经历反转时,就会出现相反的极性,

需要一定的时间来在相反方向上完成重排。

就像地质过程一样,地球磁场的反转是一个缓慢、渐进的过程。

在此过渡期间,地磁场处于最弱的状态,

而这会成为地球生物的最艰难时刻。

其次是对地球的影响

地磁场能屏蔽太阳源源不断地释放出强大的太阳风所带来的有害辐射,

使生命得以在地球上繁衍生息。

假使地球缺乏强磁场,这些辐射将对地球生命造成危害。

而太阳风携带的高能粒子直接轰击地球的大气层,

将在臭氧层中形成空洞。

这会显著增加由有害的太阳辐射引发疾病(如皮肤癌)的可能性。

包括鲸鱼、候鸟、海龟和蜜蜂等依靠磁场进行导航的物种,

在这种反转期间将遭受严重的打击。

不过虽然地磁反转会带来许多有害且意想不到的影响,

但它不太可能会导致世界末日。

即使地磁场变得非常微弱,

在地球表面上,

生命也会受到大气层的防护。

就像我们看不到地磁场的存在一样,

我们很可能也不会注意到反转的变化。

世界各地的地球物理学家已开始观测到地球磁场强度的下降趋势,

也就是说地球可能已经处于又一次反转的早期阶段!

然而,到目前为止,

科学家也没有办法阻止地磁反转或保护我们免受其不良影响。

嘻嘻嘻,最后透个小秘密,

从科学的角度来讲,

其实立蛋和春分并没有关系!

鸡蛋可以在一年中的任何一天竖立起来,

使鸡蛋竖立起来的原因是地球引力,

但立起的鸡蛋重心必须低于蛋中部最大周长的曲线位置。

这就意味着人那鸡蛋的手须一动不动,

让其大头朝下直到蛋黄尽量往下沉落。

此外,鸡蛋之所以能够立起来,

原因还在于蛋壳表面并不光滑,

只要找到适当的3个表面颗粒,

就能像底盘一样托起整个鸡蛋。

害有害有,

刚下四五天的蛋更容易立起来哦~

据说哈,

立稳的鸡蛋在没有外界干扰的情况下,

可以保持十几天不倒!hhhhhhh

所以,

选鸡蛋也是个技术活。

so,立蛋攻略都附上了,还不快滚去立蛋!

今天,你立蛋了吗?

今天,你家的蛋篮子空了吗?

今天,你摔了几颗蛋?

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