地磁暴引发北方多地“极光秀”_地磁场极光

2023年12月1日在黑龙江佳木斯拍摄到的粉红极光。（视觉中国供图）

□ 本报记者 张 宣

“极光大爆发，漠河美到炸裂！”受剧烈太阳活动的影响，12月1日晚间，我国黑龙江、新疆、内蒙古、北京、河北等多地惊现美丽极光，不少摄影爱好者都幸运地观测到了这一罕见现象。

产生这次极光的起因是太阳上连续三次爆发的日冕物质抛射撞击地球，这导致12月1日17时到12月2日8时期间地球出现3小时的强地磁暴，3小时的中等地磁暴，以及9小时的弱地磁暴。12月4日，再次发生弱到中等强度的地磁暴。

地磁暴是如何发生的？为什么会同时伴随极光？对人类的生活有什么影响？《科技周刊》记者专访了江苏省天文学会首席科技传播专家、南京大学天文与空间科学学院陈鹏飞教授。

“地磁暴，顾名思义，是指地球磁场短时间内发生的剧烈改变。”陈鹏飞解释，地球磁场由地核产生，磁力线穿过地球大气，保护着地球上的生命免受宇宙射线和太阳风暴的侵扰。当太阳爆发撞向地球时，地球磁场发生剧烈改变，就会引发地磁暴。地磁暴的严重程度取决于地磁力线的变化程度，变化越剧烈，地磁暴就越强烈。而这次地磁暴是今年第7次发生强地磁暴级别的地磁活动。

人类第一次真正见识到太阳爆发活动产生的磁暴对地球的影响是1859年的卡灵顿事件。当年9月，英国的业余天文学家卡灵顿观测到太阳明亮的白光耀斑。17小时后，太阳耀斑伴随的日冕物质抛射很快到达地球并引起地磁暴，地磁扰动产生的感应电流影响有线电话的电缆，导致电线被烧毁，发报机也因此出现故障，甚至着火。

那地磁暴是如何产生的？陈鹏飞告诉记者，地磁暴可以归结为太阳活动的影响。“太阳是一个巨大的等离子体，日冕时不时会出现爆发现象，释放出巨大的能量。当太阳活动剧烈时，一次日冕物质抛射过程能将数以亿吨计的太阳物质以数百千米每秒的高速抛离太阳表面，不光是巨大质量与速度汇聚的动能，它们还携带着强大的磁能。一旦命中地球，就会引发地磁场方向与大小的变化。”随着磁暴活动的逐渐加强，地球高层大气被不断压缩，这给航天器在轨飞行制造了额外的阻力，给航天器安全造成极大的威胁。

陈鹏飞表示，太阳活动的周期性决定了地磁暴的频率。“太阳活动存在一个11年的周期性变化，当太阳活动处于高峰期附近时，会产生更多的太阳风暴，导致地磁暴频繁发生。”

地磁暴发生的同时，中国北部的不少网友看到了美丽的极光，极光为什么与地磁暴相伴相随？陈鹏飞解释，极光是一种绚丽多彩的等离子体现象。地球的极光是太阳带电粒子流进入地球磁场，与地球电离层中的稀薄气体分子产生猛烈冲击而形成。

不过，极光通常出现在高纬度地区，这次北京、河北等低纬度地区为什么能看到极光？“这次地磁暴非常强，出现的纬度比较低。再加上极光发生在100公里甚至是300到400公里的高空，如此高的高度，足以跨过上千公里的地平线，让华北地区的人也能见到极光。”陈鹏飞告诉记者。

“11月底太阳上相继爆发了三次日冕物质抛射，它们合并后一起撞向地球，这就是本次连华北地区也能看到极光的原因。”

极光虽然很美，却会伴随一些灾害性的效应。陈鹏飞说：“极光与太阳爆发密切相关，往往会对地球的通信、导航以及人造卫星的运行产生负面影响。”这几天，中国气象局国家空间天气监测预警中心就发布了大地磁暴预警。

记者从国家空间天气监测预警中心了解到，卫星等人造太空器在地磁暴期间会比平常下降更多的高度。此次地磁暴过程造成风云三号G星的轨道单日降低约300米，达到日常情况下轨道衰减数值的近四倍。在准确的预报服务下，卫星运控部门已提前做好准备，所以此次大地磁暴对风云卫星的运行影响不大。

“地磁暴预警主要是发给专业用户的，比如负责空间站、低轨卫星的相关部门和人员。这些专业用户特别需要了解地磁暴预警信息，以便在地磁暴发生时采取应对措施。”国家空间天气监测预警中心（国家卫星气象中心）空间天气预报台台长郭建广继续解释道，因为地磁暴可能造成低轨卫星的快速下降，如果下降过快，卫星就有可能在大气中坠毁。比如去年星链公司曾发射49颗卫星，当这些卫星到达210公里的高度，准备继续抬升的时候发生了地磁暴，所以最后有38颗卫星在大气层中坠毁了。

不过，太阳爆发活动只是使地球磁场发生方向和大小的变化，并不会对公众的身体健康等方面造成直接影响。“目前，地磁暴对人体健康影响的研究仍在进行中，已有证据表明强烈的地磁活动可能会影响动物的迁徙和导航能力，但还在进一步验证中。”