绚丽的极光背后会有哪些危险

王美丽

说起地球上最绚丽、最神秘的景观，极光算是其中之一了。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，大自然的鬼斧神工，让人惊叹！

“说起极光，很多人也许不知道，它是受日冕物质抛射影响产生的。3月23日—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个太阳周以来爆发的最强的一次地磁暴。”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接受记者采访时说。

但你知道吗？突如其来的“美丽极光”其实也暗含着危险。地磁暴为何引发极光？

地磁暴的著名副产品——极光

大家对地磁暴这个概念可能比较陌生，但是地磁暴有一个非常著名的副产品——极光。不光是在两极地区，生活在美国、英国等部分地区的人们，近期都观测到罕见的极光。极光其实就是地磁暴可视化的表现。极光是地面上能用肉眼看到的，由太阳风与磁层相互作用产生的一种自然现象。

【小知识】“极光”这一术语来源于拉丁文“伊欧斯”这个词。传说“伊欧斯”是希腊神话中“黎明”的化身，是希腊神“泰坦”的女儿，太阳神和月亮女神的姐姐。而“极光”这一名称却来源于罗马神话中的织架女神“奥罗拉”（Aurora），她掌管极光，代表旭日东升前的黎明。

地磁暴为何能带来极光？学会看这张图你就明白了

要了解这个问题，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。

由上述可见，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。

磁暴期间，太阳风与磁层相互作用后注入极区的粒子会大幅度增加，注入地球磁场的纬度范围也会扩大，从而导致极区极光增强而且能扩展到更低的纬度。按照国家标准，地磁暴强度Kp指数可分为五个级别：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空间天气预报台副台长毛田说：“这次强度很强，近15年也只发生过5次这么强的地磁暴现象，近些年来比较少见。”

极光越美越危险吗

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。2022年2月，美国太空探索技术公司（Spac e X）发射升空的49 颗星链卫星，就因受到地磁暴影响，其中38颗星链卫星无法进入轨道。据悉，2022年2月地磁暴强度级别只是最小级别，那为何会造成如此大的影响呢？

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，随后能量传递到高层大气中，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。因为没有准确预估卫星轨道受影响的严重程度，所以卫星无法进入预定轨道。轨道高度在300千米以下的卫星受磁暴影响是非常大的，而SpaceX的星链当时所处的轨道正好处于这一高度范围内。

除了威胁航天器运行，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。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，这些信号的反射高度就会降低，导致在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，从而造成短波通信中断。

受本次地磁暴影响期间，短波信号衰减幅度超过50%。磁暴期间，导航定位都会受到很大影响，这对经过极区的航线或者要经过高纬地区的航线会造成严重影响，此时这些航线就需要依据空间天气状况重新制定。在此次特大地磁暴发生期间，作为国际民航组织（ICAO）全球空间天气中心当值中心的国家空间天气监测预警中心，及时向国际民航组织发布了地磁暴和短波通信可能受影响的信息。

此外，受强地磁暴影响期间，电网和地下管网（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。

如何科学应对地磁暴

地磁暴威力如此大，那么我们如何规避和减小它带来的威胁呢？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。

太阳活动的监测与预报是空间天气监测预警中心的一项重要工作。一直以来，国家空间天气监测预警中心在地面布设望远镜，在风云卫星上也有对紫外波段的成像观测设备和对软X射线的流量、多能段的太阳高能粒子流量的监测，从而为空间天气预报提供了重要支撑。

本次地磁暴爆发期间，国家空间天气监测预警中心紧密监测、及时反应，第一时间向ICAO发布了《ICAO空间天气咨询报》，3月23日夜间到26日受地磁暴影响期间，共发布空间天气咨询报14份，并对未来发生状态滚动进行了准确预测，为全球民航提供了及时和高质量的服务。

“这次特大地磁暴是国家空间天气监测预警中心为ICAO全球空间天气中心执行任务期间出现的最强磁暴。这次磁暴过程中，我们的应对和为ICAO提供的服务，说明我们团队完全能够胜任ICAO的值班任务。这也是对我们实力的一次检验。”乐贵明说。

而参与此次值班任务的国家空间天气监测预警中心的宋茜和韩大洋说：“每一次值班都要非常仔细、谨慎，当这次罕见特大地磁暴发生时，我们有一整套规章制度和流程，指导值班人员该如何做，所以我们也没有慌乱。”韩大洋表示，参与ICAO值班任务期间，当有空间天气发生变化时，需要做到眼快、手快、心快，这次团队人员应对得都非常好。

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，太阳活动明显增强，强爆发事件时有发生，国家空间天气监测预警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，为相关部门提供服务和决策依据。毛田表示：“太阳将进入本活动周的峰年，强太阳活动总体上会越来越频繁，我们将一如既往地努力，做好空间天气的监测及预报、预警的工作。”