极光越美越危险的原因,越美越危险

极光（图片由中国气象局提供）

近日，央视新闻在视频号发布了一段北极圈爆发绚丽极光的视频，瞬间引爆朋友圈。

很多人也许不知道，受日冕物质抛射影响，3月23日至24日，地球上出现了特大地磁暴导致极光增强现象。

“这是从2019年12月太阳进入第25个太阳周以来，爆发最强的一次地磁暴。”中国气象局空间天气首席科学家、国家空间天气监测预警中心研究员乐贵明介绍说，这突如其来的“美丽极光”，其实也暗含着危险。

那么，地磁暴为何引发极光？它对地球有什么影响？

形成极光需要三大要素

对地磁暴这个概念，大家可能比较陌生，但是地磁暴有一个非常著名的副产品——极光。

“极光其实就是地磁暴可视化的表现，是由太阳风与磁层相互作用产生的一种自然现象，在地面上能用肉眼看到。”乐贵明说，要了解极光，首先需要知道地球磁场磁力线的空间分布。在中低纬地区，地球磁力线是闭合的，外来的带电粒子不容易穿越磁力线。在纬度比较高的区域，地球磁力线是开放的，这使得太阳风中的带电粒子能沿着开放的磁力线进入到极区上空，当带电粒子与极区上空的大气发生相互作用时，就会产生极光。由此可见，极光的形成必备三大要素：太阳风（高能带电粒子流）、地球磁场和大气层。

地磁暴期间，太阳风与磁层相互作用后，注入到极区的粒子会大幅度增加，也扩大了地球磁场的纬度范围，从而导致极区极光增强，而且还能扩展到更低的纬度。

按照国家标准，地磁暴强度Kp指数可将其划分为小、中等、大、特大、超大五个级别，此次地磁暴Kp指数高达8，达到了特大地磁暴级别。

极光越“美”地磁暴越强

“极光虽然好看，但越绚丽的极光，意味着地磁暴越强烈，对地面通信和航天器运行威胁就越大。”乐贵明表示。

根据国家空间天气监测预警中心综合分析，地磁暴发生后，给地球两极地区注入巨大能量，其规模可能超过了中等地磁暴所引起的能量注入，随后能量传递给高层大气中，造成大气被加热，并向低纬扩散。低层大气受热膨胀，导致卫星轨道上的大气密度增加，使得卫星所受阻力增大。如果没有准确预估卫星轨道受影响的严重程度，可能会引起卫星无法进入预定轨道。

除此之外，地磁暴还会威胁地球短波通信。短波通信是一种严重依赖地球电离层的通信方式。电离层是一个时时刻刻都在变化的传输媒质，当有地磁暴发生时，电离层电子密度随高度的分布会发生很大的变化，从而造成不同频率的无线电波的反射高度发生变化。这时如果还采用无磁暴时的电波传播信号，导致电波原有接收信号会大幅度衰减，甚至完全接收不到，造成短波通信中断。

乐贵明指出，本次地磁暴影响期间，短波信号衰减幅度超过50%，使导航定位受到很大影响，飞过极区或者经过高纬地区的航线，需要依据空间天气状况再制定航线。

另外，强地磁暴影响期间，电网和地下管网，比如石油和天然气管道、海底光缆的外保护管等，也会受到影响。

科学应对，进行天地一体化监测

地磁暴威力如此大，如何规避和减小它带来的威胁呢？乐贵明说，规避地磁暴威胁最有效的手段就是密切监测太阳活动、及时准确研判，并预报其可能造成的地磁暴。

太阳活动具有11年左右的周期，从2019年12月份开始，太阳进入第25个太阳活动周。近一年多，太阳活动明显增强，强爆发事件时有发生。

太阳活动的监测与预报是空间天气的一项重要工作，一直以来，国家空间天气监测中心利用天地一体化空间天气监测体系，对太阳活动和空间天气进行密切监测并及时发布预报。同时，还在地面布设望远镜，风云卫星上也有对紫外波段的成像观测设备，以及对软X射线的流量、多能段的太阳高能粒子流量的监测，为空间天气预报提供了重要支撑。

作者：胡利娟

来源：科普时报