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新疆现罕见极光,专家:近20年最大地磁暴爆发引起,对生活影响不大

2023年04月26日 06:27
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  中国气象消息,据国家空间天气监测预警中心消息,北京时间4月24日2时至8时,发生一场特大地磁暴。此次过程的Kp指数(即全球磁场指数)为8。目前,这场磁暴过程仍在进行中。24日凌晨,地磁暴在新疆克拉玛依引发了绚丽的极光,引发网友热议。

  此次地磁暴有多强?在我国看到极光罕见吗?今年以来为何太阳如此“活跃”?

  针对这些问题,中国气象报记者采访了三位业内专家,一起来看看专家怎么说。

  一、近20年最强地磁暴,成因为何?

  “这是自2019年12月太阳进入第25个太阳活动周以来,最强的一次地磁暴,也是近20年来最强的一次过程。按照国家标准,地磁暴强度Kp指数可将其划分为五个级别(小、中等、大、特大、超大),此次地磁暴Kp指数高达8,达到了特大地磁暴级别。”国家空间天气监测预警中心首席预报员薛炳森告诉记者,“此次地磁暴是由伴随M1.7级太阳耀斑的日冕物质抛射(简称CME)引发,CME正是产生这次特大地磁暴的直接原因。当这些携带太阳能量的物质高速飞离太阳表面时,就像爆炸冲击波一般,快速传递到太阳系的各处。此次地磁暴之所以强,并不是空间粒子有多强,而是此次日冕物质抛射的方向,是正对着地球而来的。”

  薛炳森说,这是来自日冕抛射的能量与地球自身磁场来了一次“正面碰撞”。

4月21日爆发的日冕物质抛射观测图片,日冕物质抛射是造成此次特大地磁暴的主要原因。供图/国家卫星气象中心

  二、我国出现极光罕见吗?

  在此次强烈的地磁扰动下,在新疆克拉玛依,不少人观赏到了极光现象。许多网友被极光的美深深震撼。

摄影师@Jeff的星空之旅 在新疆克拉玛依拍摄到的极光

  北京天文馆研究员朱进介绍,在我国看见极光比较罕见,但也并非偶然。

  近几年是太阳活动高年,太阳较为活跃,当太阳耀斑爆发或日冕物质抛射发生后,一些速度很快的高能带电粒子可能会传输到地球附近,“如果它们(高能带电粒子)不是特别强,受地球磁场影响,基本会被地球的两极‘俘获’,所以极光一般出现在南、北两极;不过,如果高能带电粒子流强度很强,与地球磁场相互作用产生‘特别强的磁暴’,那在中高纬度地区也可能会看到极光,甚至在低纬度地区也能看到。”朱进表示,我国出现极光的次数不一定和大家观测到的次数吻合。譬如,如果发生极光时天气条件较差,被观测到的概率就比较小;受时间、地理位置影响,极光也有没被观测到的情况。

  三、赤道地区也曾出现过极光?

  极光是一种神秘的天象,自古以来为人所瞩目。在中国的古籍中就有极光观测记录——“大电绕北斗枢星,光照郊野”。

  中国科学院地质与地球物理研究所副所长、中国科学院地球与行星物理重点实验室主任魏勇研究发现,在赤道区域也曾经出现过极光。在古代朝鲜保存的历史古籍中,记载的天象记录中就有一种在夜间大气发光的现象——‘有气如火光’,绝大部分位于朝鲜半岛南方,具有肉眼可见性和动态变化性特征。专家推测,这一现象主要是赤道极光,由朝鲜半岛南方的负磁场异常引起的高能粒子沉降而产生。

  极光不仅是一种美丽的神奇发光现象,还能够帮助我们理解空间环境中物质能量的转移转化等物理过程。“在通常情况下,地球磁场处于稳定状态,但当地球内部结构和动力发生变化时,地球表面就会出现磁场异常区。在负地磁异常区,磁场的强度显著降低,屏蔽作用减弱,使得地球辐射带中的高能粒子能够更深地穿透大气层。沉降的高能粒子对地球大气进行了电离,从而在夜空中产生红色的赤道极光。”魏勇说。

极光资料图 来源:网络

  在历史记载的大磁暴事件中,几乎都有观测到极光,中低纬度区域也不算罕见,如1989年3月发生的魁北克磁暴事件、2003年的万圣节的磁暴,都有人在中低纬度区域观测到极光。

  四、风云三号“降水星”面临磁暴考验?

  “极光虽好看,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。”薛炳森说。

  磁暴带来的影响有很多,其中之一就是驱使地球高层大气微粒运动加剧,这会导致飞行在太空的航天器承受较平常更大的飞行阻力。

  在此次地磁暴影响下,4月16日刚刚发射的低轨“降水星”风云三号G星就面临挑战,运行轨道或将降低约560米。

  薛炳森介绍,地磁暴通常会显著影响500公里以下的近地轨道,地磁暴给地球两极地区注入巨大能量,随后能量传递给高层大气中,造成大气被加热,并向低纬度地区扩散。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卫星运行速度和高度下降,无法维持在原本高度轨道运行。“为保障低轨卫星正常业务运行,当卫星降落到一定位置时,需要人为推升其上升至原本轨道高度。我国的空间天气监测预报为这一预案的实施提供了数据支撑。在这次过程期间,我们为风云三号G星提供了多期空间天气服务。”

  除了威胁航天器运行以外,地磁暴还会威胁地球短波通信。短波通信是一个严重依赖地球电离层的通信方式,当地磁暴发生时,电离层电子密度分布会发生很大变化,从而造成不同频率的无线电波的反射率发生变化,导致较高频率的无线电波不能反射;这时如果采用无磁暴时的短波传播信号,电波原有的接收点接收到的信号会大幅度衰减,甚至完全接收不到,从而造成短波通信的中断。

  薛炳森表示,未来3至4年,太阳仍处于活跃期,地磁暴等仍会呈现多发态势,但对公众日常生活影响不大,不用恐慌。有效应对地磁暴威胁首先要密切监测太阳活动、及时准确研判并预报其可能发生的地磁暴。

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