强地磁暴来袭,10 月 4 日晚起至 6 日我国北方多地有望看到极光,将对日常生活带来哪些影响?
地磁暴、极光、太阳风、太阳黑子和耀斑等都是联系在一起的。
通常在太阳的光球层上,常有一些温度较低的区域,它们相比周围显得有些暗,看起来就是黑色的小斑点,这就是太阳黑子。就像我们的脸有时候会因为油脂堆积而产生痘痘,太阳黑子就是因为局部地区的磁场异常活跃而产生的“痘痘”。所以,它也是太阳活动强弱的标志,通过计算可见的“痘痘”出现的频率和,可以推算出太阳活动的周期。太阳活动周期大约为11年,在一个周期内,太阳活动会经历两个极端时期:极小期和极大期。在太阳极小期,太阳黑子的数量较少。而在太阳极大期,太阳活动会增强,黑子数量增多。根据最早可供研究使用的每日太阳黑子数记录,科学家将1755年之1766年的周期定为第一个太阳活动周,现在我们正处于太阳活动的第25个周期内,且本周期内的太阳活动还在逐渐增强,预计将在2024年到2025年达到顶峰。就像人脸上的痘痘内的积液到一定程度会流出一样,当太阳脸上的太阳黑子聚集成黑子群,储存在这个区域的磁能过多,就会突然爆发,释放能量,这就是太阳耀斑。太阳耀斑发生在色球层,当它爆发时,太阳表面温度和亮度都会突然升高很多,并且释放大量的电磁辐射,包括可见光、紫外线、红外线、X射线和Y射线等。
在2024年10月3日20点18分,太阳表面扰动区(也就是黑子群)AR3842就爆发了一次很强的太阳耀斑,其强度达到了X9.05级。(在10月2日它就爆发过一次X7.1级强耀斑)
这一强度是2017年9月初的X9.3级以来的最强的太阳耀斑事件。
在一百万摄氏度的高温下,太阳周围原本就存在的氢氧原子会发生电离,成为带电粒子。通常情况下,这些带电粒子都被太阳磁场束缚在太阳上,而在太阳耀斑爆发时,由于大量电磁活动,这片区域的磁场线短暂地发生了改变;这个时候,带电粒子就像我们打喷嚏时的唾沫一样飞离太阳,这个过程叫作日冕物质抛射。这些带电粒子会随着日冕物质抛射后一路飞向宇宙空间,也就形成了太阳风。
不过这次耀斑事件根据监测的话也就仅仅维持了大概23分钟,属于脉冲耀斑,没能维持住抛射更多带电粒子。
但是,此次日冕物质抛射过程发生的位置几乎正对地球,因此从地球看去,喷发物形成一个圆面,也就是全晕型(Full Halo)日冕物质抛射。此类爆发活动喷出的太阳物质相对地球速度快、覆盖度高,可能引起比较强的地磁活动。
当带电粒子来到地球附近会被地磁场吸引。在距离地心2-10个地球半径的区域内,分布有能量为几十至几十万电子伏的带正电的质子,这些质子被称为环电流粒子。它们在地磁场中做西向漂移运动,形成西向环电流,这就是磁层环电流。当太阳风中大量带正电粒子进入地球的磁层环电流区域后,就会引发磁层环电流的急剧增大。这些剧烈变化的电流会激发感应磁场,叠加在原本的地磁场上,从而引发了地磁扰动。如果这个扰动很强烈,就叫作地磁暴。
地球的磁场线方向是由南极出发指向北极的,因此这些带电粒子会在地磁场的引导下,转移到地磁南北极地区附近。这里的高层大气中原本着很多粒子,带电粒子到来后会与这些大气粒子来发生碰撞,从而使这些大气粒子被激发和电离,同时释放出可见光,成为了我们看到的极光。
实际上地磁暴和极光两者没有因果之分,它们都是日冕物质抛射造成带电粒子随太阳风进入地球上空引起的现象。
通常情况下,太阳风和地磁暴对我们的身体和日常生活都没有什么影响,虽然最近也有一些统计研究指出,一些传染病、心血管疾病的发病率与其可能存在一定的相关性,但究竟会对人类健康会产生多大影响,影响机理是什么,都尚无科学结论。但是,若是发生强烈的地磁暴,电网、导航、卫星、无线电通讯等会受到明显影响这是因为这些系统的工作依赖于磁场变化和电场变化。在大气层之外,太阳风携带的高能粒子流和地磁暴会对卫星的电气元件工作、飞行姿态等产生影响。对于低轨道航天器,由于运行区域大气密度稍大,地磁暴期间可能出现大气密度升高而阻力变大,从而影响其运行。
不过本次耀斑爆发时候我国大部都处于背对太阳的夜间,因此并不会对我国的无线电通讯等造成明显影响。
而这次极光的可观测范围应该是非常大的,根据今年前两次耀斑爆发的情况来看,北纬40度以北应该是可以较为稳定观测到极光,而更南边要碰碰运气(北纬30度以北都可以碰运气)。不过还要看看天况条件和光污染程度。
不过这次极光有罗素-麦克菲伦效应(Russell-McPherron effect)。也就是在春秋分时节,地球的磁极(南北)与流动的太阳风形成了一个直角,这样地球磁场形成了一个裂缝,正好面对着太阳风的来向,这让再小太阳风都能够有机会进入我们的大气层。所以极光的强度可能会超预期。
如果有想见到极光的,不想错过这次盛大表演的,尤其是北方的朋友,可以去光污染低的山区碰碰运气。