美国部分地区因强烈地磁暴出现极光

地磁暴引发极光

美国国家海洋和大气管理局（NOAA）报道，当天（2023年3月24日）凌晨一场罕见的严重地磁暴，引发美国北卡罗来纳州、亚利桑那州、弗吉尼亚州等部分地区（纬度相当于我国的湖南湖北）出现难得一见的极光现象。美国许多摄影爱好者纷纷在社交平台上发布了极光照片。

什么是地磁暴

解释什么是地磁暴，就要先知道什么是太阳风。

太阳风，是指从太阳上层大气（日冕）射出的高速等离子体带电粒子流。一般情况下，太阳风稳定地射向整个太阳系，给彗星造成慧尾等天文现象。

由于太阳风是由质子和电子组成的等离子体，它对地球的有机生命影响极大，直接照射相当于强剂量X射线甚至伽马射线，会导致细胞结构发生断裂甚至死亡。

幸亏我们地球有一个强大的磁场，可以抵御太阳风冲击，使地球上的生命得以幸存。但火星这样的没有磁场的星球就惨了，即使能出现早期生命，也很快在太阳风的摧残下夭折了。

太阳因为内部活动，不定期地产生大规模的太阳风暴，这时的太阳风就猛烈多了，地磁场面向太阳的一侧被严重挤压，另一侧则被严重拉伸，由此就出现了较大幅度的地磁场波动，这一现象就叫“地磁暴”。

而极光是地球南北极地区经常出现的一种大规模放电的现象。来自太阳风的带电粒子到达地球附近时，地球磁场迫使其中一部分沿着磁场线集中到南北两极。当他们进入极地的高层大气（大于80km）时，与大气中的原子（或分子）碰撞并激发，能量释放产生的光芒形成围绕着磁极的大圆弧就是极光。

当太阳风暴出现时，强烈的太阳风导致地球磁场严重变形，甚至出现一些缝隙，导致部分带电粒子流泄露到部分非高纬度地区，引起这些地区也发生极光现象。

地磁暴的危害

对卫星的影响

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，气象卫星、军事卫星也无法监测地球。

另外，地磁暴会引起高层大气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，甚至提前陨落。

对电网的影响

强磁暴时，变化的地磁场会在长距离输电线路与大地构成的回路中产生地磁感应电流，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，因此地磁感应电流会使整个电网范围内数百台变压器同时发生半波饱和，造成一些保护装置共同产生跳闸等误动作，致使供电系统崩溃，引发大面积停电事故。

其他影响

此外，地磁暴还会影响电子设备的正常运行，导致设备出现故障、失效或者数据丢失等现象。

地磁暴引起的磁场混乱，会对鸟类等依靠磁场导航动物产生影响，丧失方向感。

地磁暴产生电磁辐射，可能会对部分敏感人群产生头痛、恶心、失眠等症状。

历史上地磁暴事件

历史上最强烈的一次地磁暴是1859年卡林顿事件。英国天文学家卡林顿观测到太阳表面北部的黑子群突然发出白色亮光（产生太阳爆发）。几分钟后，英国格林尼治天文台探测到地球磁场发生剧烈变化。那次地磁暴持续了6天，当时西方许多发报机被烧毁，一些输电设备被击毁，造成了大面积停电和停水，经济损失多达2.8万亿美元。

1973年美国发射的空间站“天空实验室”原计划运行寿命10年，但因为当时对太阳活动的监测能力有限、没有及时采取维持轨道高度的措施，导致仅仅6年后该空间站就因大气阻力增加而提前陨落。

2003年发生的“万圣节太阳风暴”不仅使欧美日的多颗卫星发生不同程度损坏，还使我国的“神舟五号”飞船留轨舱运行高度明显降低，不得不采取措施提升飞船轨道以避免提前坠毁。

最近的一次发生在2022年2月4日，一场剧烈地磁暴让美国太空探索技术公司（SpaceX）失去了40颗刚刚发射成功的“星链”卫星。根据SpaceX官方网站发布的消息，这些卫星在地磁暴的影响下，近一天时间内大气阻力增加了50%，导致它们无法重新提升运行轨道的高度，最终掉回大气层内销毁。

目前，世界各大国都十分关注对太阳风暴和地磁暴的研究，由此产生了“空间天气学”和“空间天气预报”业务，争取能精准预报地磁暴，并改进空间设备和电力系统的设计制造技术，争取将其损害降低到最低程度。

2023年3月25日