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在慕田峪長城拍攝的極光。

■劉勇

5月10日晚和5月11日凌晨，受地磁暴影響，全球多地出現(xiàn)罕見極光，這也是我國境內(nèi)看到極光范圍較廣的一次，很多網(wǎng)友在朋友圈直播新疆阿勒泰地區(qū)拍攝到的極光。

5月11日9時(shí)，國家空間天氣監(jiān)測預(yù)警中心發(fā)布地磁暴紅色預(yù)警。極光讓人大飽眼福的同時(shí)，也引起人們的擔(dān)憂——有人說會(huì)導(dǎo)致停電，也有人說會(huì)導(dǎo)致頭疼，還有人說會(huì)提高心血管病的發(fā)病率。

為什么最近太陽活動(dòng)特別頻繁？是什么導(dǎo)致地磁暴？地磁暴對(duì)人們的日常生活到底有哪些影響？

都是太陽變化周期“惹的禍”

可以說，這是太陽變化的周期性“惹的禍”。太陽活動(dòng)和太陽表面的黑子數(shù)相關(guān)。在活動(dòng)高年，太陽活動(dòng)頻繁，表面出現(xiàn)大量太陽黑子，而在低年，太陽活動(dòng)頻次和黑子數(shù)都變少。太陽活動(dòng)大致以11年為周期變化，從低年到高年， 然后恢復(fù)到低年。

科學(xué)家將1755年的太陽低年定義為太陽周的元年，今年正好是第25個(gè)太陽周的高年，太陽上有相當(dāng)多數(shù)量的黑子。太陽黑子的本質(zhì)是活動(dòng)區(qū)，也是太陽活動(dòng)的策源地，由此產(chǎn)生了一系列劇烈的爆發(fā)活動(dòng)，其中一些強(qiáng)烈干擾了地球磁場，形成磁暴和極光。

需要說明的是，太陽活動(dòng)是一個(gè)準(zhǔn)周期性活動(dòng)，并不嚴(yán)格按照11年周期變化，每個(gè)太陽周峰值的黑子數(shù)和活動(dòng)頻次并不相同。按照以往變化規(guī)律，2007年左右，第23個(gè)太陽周應(yīng)該結(jié)束并進(jìn)入下一個(gè)太陽周的上升段。但出人意料的是，2007至2008年間，太陽活動(dòng)一直處于低位，直到2009年才緩慢上升。而隨后的整個(gè)第24個(gè)太陽周都非常低迷，2014年前后是這個(gè)太陽周的峰年，不過也沒有幾次大的太陽爆發(fā)，更不用說引發(fā)強(qiáng)烈的地磁暴了。

總體來說，從第23個(gè)太陽周結(jié)束到近兩年這20年時(shí)間內(nèi)，由于太陽活動(dòng)的周期變化和第24個(gè)太陽周的低迷，我們幾乎沒有見到強(qiáng)烈的太陽活動(dòng)，也沒見過很強(qiáng)的地磁暴，尤其是像最近這樣接連爆發(fā)導(dǎo)致的超強(qiáng)磁暴。

什么導(dǎo)致磁暴？為何有極光

很多人以為，是耀斑引起的地磁暴，真的是這樣嗎？

耀斑就是太陽表面局部地區(qū)的亮度增強(qiáng)，在進(jìn)入太空時(shí)代之前，人類可以從地面望遠(yuǎn)鏡觀察到的太陽爆發(fā)活動(dòng)就是耀斑，科學(xué)家也注意到耀斑活動(dòng)頻繁程度的11年周期性變化和地磁暴發(fā)生的頻次周期變化正好吻合，于是很多人都得出了這個(gè)錯(cuò)誤的結(jié)論——耀斑引發(fā)地磁暴。不過學(xué)界對(duì)耀斑如何引發(fā)地磁暴一直找不到很好的解釋。

直到太陽和日球?qū)佑^察者衛(wèi)星（SOHO）發(fā)射上天，才觀察到許多耀斑爆發(fā)的同時(shí)，太陽還會(huì)向外噴射出大量等離子體，即日冕物質(zhì)拋射。在經(jīng)過一輪輪科學(xué)論證后科學(xué)家終于得出結(jié)論——日冕物質(zhì)拋射是太陽爆發(fā)的另一種形式。導(dǎo)致地磁暴產(chǎn)生的元兇終于站在太陽活動(dòng)的舞臺(tái)中央，成為空間天氣研究的焦點(diǎn)。

太陽是一個(gè)火球，太陽表面附近的活動(dòng)區(qū)存在強(qiáng)烈的磁場活動(dòng)和磁場扭曲，蘊(yùn)含著大量的磁場能量。日冕物質(zhì)拋射和耀斑都是由于磁場扭曲釋放的能量導(dǎo)致，耀斑是能量以光的形式釋放，這些扭曲的磁場可能因?yàn)閯×业慕Y(jié)構(gòu)變化而拋出一大團(tuán)日冕物質(zhì)。雖然日冕拋射物質(zhì)重達(dá)上億噸，但其主要成分是由質(zhì)子和電子組成的等離子體，非常稀薄，因此體積巨大，像地球一樣大的一團(tuán)拋射等離子體的重量也就是兩三個(gè)成年人的體重。不過，由于其運(yùn)動(dòng)速度飛快，加上其中蘊(yùn)含的磁能，如果這團(tuán)物質(zhì)正好撞上地球外面的保護(hù)罩地磁場，就會(huì)引發(fā)強(qiáng)烈的地磁擾動(dòng)。

更容易引發(fā)強(qiáng)磁暴的是日冕物質(zhì)拋射事件的組合事件，由幾個(gè)日冕物質(zhì)拋射事件疊加在一起形成。相鄰的日冕物質(zhì)拋射會(huì)融合在一起，形成一個(gè)更大的拋射體，英文中常常被稱為cannibal CME，被翻譯成“吃人日冕物質(zhì)拋射”，其實(shí)就是日冕物質(zhì)拋射組合體。引發(fā)這次磁暴的就是伴隨耀斑的連續(xù)幾次日冕物質(zhì)拋射相互融合形成的組合體，所以預(yù)報(bào)的結(jié)果是超強(qiáng)磁暴。

極光由于非常美麗，也常常被人津津樂道。從本質(zhì)上來說，極光是高能粒子撞擊大氣的產(chǎn)物?？梢园汛髿鈱酉胂蟪梢粋€(gè)熒光屏，高能粒子打到上面就發(fā)光，而不同的大氣成分就會(huì)發(fā)出不同顏色的光。我們從新疆看到粉紅色極光就是幾百公里高度的氧原子發(fā)光。在真正的高緯度地區(qū)，常常會(huì)看到綠色的極光，是從比較低的高度發(fā)出來的。

形成極光的高能粒子有兩種不同的來源，一是伴隨太陽爆發(fā)產(chǎn)生的太陽高能粒子，二是由于磁暴自身加速的一些地球附近空間的粒子。所以磁暴前極光就產(chǎn)生了，極光成了磁暴的預(yù)警，而且會(huì)出現(xiàn)于磁暴發(fā)生的整個(gè)過程中。

如何理性看待地磁暴

磁暴會(huì)影響兩種人群的健康，一種是空間站上的宇航員，另一種是極區(qū)航班中的乘客。除此以外，磁暴對(duì)人體健康的影響基本可以忽略，雖然有少數(shù)科學(xué)研究稱發(fā)現(xiàn)磁暴引發(fā)心血管疾病的證據(jù)，不過并未得到學(xué)界的廣泛認(rèn)同。即使是超強(qiáng)磁暴導(dǎo)致的磁場變化，也不到地面磁場強(qiáng)度變化的1%，很難想象這么小的磁場變化會(huì)影響生命活動(dòng)。當(dāng)然，伴隨磁暴發(fā)生的高能粒子可能會(huì)影響地球附近的生命，不過對(duì)地球表面的生命活動(dòng)影響十分有限。我們從未聽說因?yàn)榇疟?dǎo)致某種疾病的發(fā)病率顯著上升或死亡率顯著上升的報(bào)道，也沒有見到身邊有類似的事件發(fā)生。

受磁暴影響最大的是太空中的衛(wèi)星、飛船以及上面的設(shè)備。比如，磁暴會(huì)使大氣層上升、衛(wèi)星軌道衰減，直接導(dǎo)致衛(wèi)星壽命變短。磁暴產(chǎn)生的高能粒子會(huì)使衛(wèi)星帶電，影響儀器設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，嚴(yán)重情況下甚至導(dǎo)致整個(gè)設(shè)備被擊穿燒毀。1998年就發(fā)生過由磁暴引發(fā)的GALAXY 通信衛(wèi)星故障。我國也報(bào)道過一些空間設(shè)備因?yàn)榇疟┒鴵p毀的情況。

特定的情況下，磁暴會(huì)影響輸電線路，甚至導(dǎo)致大規(guī)模停電。1989年加拿大魁北克大停電就是由于超強(qiáng)磁暴引發(fā)的。不過這種情況通常發(fā)生在高緯度地區(qū)，我國大部分地區(qū)都處在中低緯度，這種現(xiàn)象比較少見。

太陽耀斑也會(huì)影響電離層和短波通信。不過我們?nèi)粘Ｓ玫碾娫捠枪饫w加上基站的模式，通常不會(huì)受磁暴或太陽耀斑的影響。

當(dāng)然，由于太陽耀斑影響電離層，磁暴導(dǎo)致的電離層擾動(dòng)對(duì)于導(dǎo)航信號(hào)會(huì)有影響。通常在磁暴期間，導(dǎo)航信號(hào)會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的修正，使得導(dǎo)航能正常進(jìn)行。

從人類有完整的地磁記錄以來，這樣的磁暴也是非常罕見的?，F(xiàn)在，我們有了非常完整的空間和地面觀測體系，由中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心主持的子午二期行星際閃爍監(jiān)測望遠(yuǎn)鏡也剛剛建成，科研人員會(huì)利用相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)這樣的太陽爆發(fā)和地磁暴進(jìn)行深入研究，期待有更加激動(dòng)人心的成果產(chǎn)出，讓我們能更清晰地了解太陽風(fēng)暴影響地球空間環(huán)境的過程。

此外，雖然我們不必?fù)?dān)心地磁暴會(huì)對(duì)身體造成直接傷害，但還是建議大家在欣賞美麗極光的同時(shí)，及時(shí)關(guān)注新聞，了解磁暴進(jìn)展，避免由于地磁暴損壞空間設(shè)備帶來的二次傷害或經(jīng)濟(jì)損失。

（作者系中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心研究員）