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新疆現罕見極光,專家:近20年最大地磁暴爆發引起

據國家空間天氣監測預警中心消息,北京時間4月24日2時至8時,發生一場特大地磁暴。此次過程的Kp指數(即全球磁場指數)為8。目前,這場磁暴過程仍在進行中。24日淩晨,地磁暴在新疆克拉瑪依引發了絢麗的極光,引發網友熱議。

此次地磁暴有多強?在我國看到極光罕見嗎?今年以來為何太陽如此“活躍”?

針對這些問題,中國氣象報記者采訪了三位業內專家,一起來看看專家怎麽說。

一、近20年最強地磁暴,成因為何?

“這是自2019年12月太陽進入第25個太陽活動周以來,最強的一次地磁暴,也是近20年來最強的一次過程。按照國家標準,地磁暴強度Kp指數可將其劃分為五個級別(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首席預報員薛炳森告訴記者,“此次地磁暴是由伴隨M1.7級太陽耀斑的日冕物質拋射(簡稱CME)引發,CME正是產生這次特大地磁暴的直接原因。當這些攜帶太陽能量的物質高速飛離太陽表麵時,就像爆炸衝擊波一般,快速傳遞到太陽係的各處。此次地磁暴之所以強,並不是空間粒子有多強,而是此次日冕物質拋射的方向,是正對著地球而來的。”

薛炳森說,這是來自日冕拋射的能量與地球自身磁場來了一次“正麵碰撞”。
7b3eda9fd33d0dac9e80804888a895104月21日爆發的日冕物質拋射觀測圖片,日冕物質拋射是造成此次特大地磁暴的主要原因。供圖/國家衛星氣象中心

二、我國出現極光罕見嗎?

在此次強烈的地磁擾動下,在新疆克拉瑪依,不少人觀賞到了極光現象。許多網友被極光的美深深震撼。
3ce261fe74d603f2d4d5dbd5d03c8adb攝影師@Jeff的星空之旅 在新疆克拉瑪依拍攝到的極光

北京天文館研究員朱進介紹,在我國看見極光比較罕見,但也並非偶然。

近幾年是太陽活動高年,太陽較為活躍,當太陽耀斑爆發或日冕物質拋射發生後,一些速度很快的高能帶電粒子可能會傳輸到地球附近,“如果它們(高能帶電粒子)不是特別強,受地球磁場影響,基本會被地球的兩極‘俘獲’,所以極光一般出現在南、北兩極;不過,如果高能帶電粒子流強度很強,與地球磁場相互作用產生‘特別強的磁暴’,那在中高緯度地區也可能會看到極光,甚至在低緯度地區也能看到。”朱進表示,我國出現極光的次數不一定和大家觀測到的次數吻合。譬如,如果發生極光時天氣條件較差,被觀測到的概率就比較小;受時間、地理位置影響,極光也有沒被觀測到的情況。

三、赤道地區也曾出現過極光?

極光是一種神秘的天象,自古以來為人所矚目。在中國的古籍中就有極光觀測記錄——“大電繞北鬥樞星,光照郊野”。

中國科學院地質與地球物理研究所副所長、中國科學院地球與行星物理重點實驗室主任魏勇研究發現,在赤道區域也曾經出現過極光。在古代朝鮮保存的曆史古籍中,記載的天象記錄中就有一種在夜間大氣發光的現象——‘有氣如火光’,絕大部分位於朝鮮半島南方,具有肉眼可見性和動態變化性特征。專家推測,這一現象主要是赤道極光,由朝鮮半島南方的負磁場異常引起的高能粒子沉降而產生。

極光不僅是一種美麗的神奇發光現象,還能夠幫助我們理解空間環境中物質能量的轉移轉化等物理過程。“在通常情況下,地球磁場處於穩定狀態,但當地球內部結構和動力發生變化時,地球表麵就會出現磁場異常區。在負地磁異常區,磁場的強度顯著降低,屏蔽作用減弱,使得地球輻射帶中的高能粒子能夠更深地穿透大氣層。沉降的高能粒子對地球大氣進行了電離,從而在夜空中產生紅色的赤道極光。”魏勇說。
bca71583de23403d75b8b8a9288ef4147f901ba4d69bfa720b08c05631e741da極光資料圖 來源:網絡在曆史記載的大磁暴事件中,幾乎都有觀測到極光,中低緯度區域也不算罕見,如1989年3月發生的魁北克磁暴事件、2003年的萬聖節的磁暴,都有人在中低緯度區域觀測到極光。

四、風雲三號“降水星”麵臨磁暴考驗?

“極光雖好看,但越絢麗的極光,意味著地磁暴越強烈,對地麵通信和航天器運行威脅就越大。”薛炳森說。
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磁暴帶來的影響有很多,其中之一就是驅使地球高層大氣微粒運動加劇,這會導致飛行在太空的航天器承受較平常更大的飛行阻力。

在此次地磁暴影響下,4月16日剛剛發射的低軌“降水星”風雲三號G星就麵臨挑戰,運行軌道或將降低約560米。

薛炳森介紹,地磁暴通常會顯著影響500公裏以下的近地軌道,地磁暴給地球兩極地區注入巨大能量,隨後能量傳遞給高層大氣中,造成大氣被加熱,並向低緯度地區擴散。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衛星運行速度和高度下降,無法維持在原本高度軌道運行。“為保障低軌衛星正常業務運行,當衛星降落到一定位置時,需要人為推升其上升至原本軌道高度。我國的空間天氣監測預報為這一預案的實施提供了數據支撐。在這次過程期間,我們為風雲三號G星提供了多期空間天氣服務。”

除了威脅航天器運行以外,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,當地磁暴發生時,電離層電子密度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率發生變化,導致較高頻率的無線電波不能反射;這時如果采用無磁暴時的短波傳播信號,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,從而造成短波通信的中斷。

薛炳森表示,未來3至4年,太陽仍處於活躍期,地磁暴等仍會呈現多發態勢,但對公眾日常生活影響不大,不用恐慌。有效應對地磁暴威脅首先要密切監測太陽活動、及時準確研判並預報其可能發生的地磁暴。