大地磁暴來了，多次“沖上熱搜”！網(wǎng)友：影響上班嗎？

據(jù)中國氣象局消息 3 月 24 日、25 日和 26 日三天可能出現(xiàn)地磁活動(dòng)。其中 3 月 25 日會(huì)發(fā)生中等以上地磁暴甚至大地磁暴，預(yù)計(jì)地磁活動(dòng)將持續(xù)到 26 日。

相關(guān)消息一經(jīng)發(fā)布，關(guān)于“地磁暴”的話題多次登上各種社交平臺(tái)熱搜。

一些網(wǎng)友還表示，大地磁暴給自己身體帶來了或多或少的影響：

那地磁暴到底是什么？真的會(huì)給我們身體帶來各種各樣的影響嗎？其實(shí)在去年 12 月 1 日左右也爆發(fā)過一次地磁暴，一些天文愛好者還在北京觀測(cè)到了極光......今天就一起來聊聊！

去年12月1日網(wǎng)友拍攝到的北京極光。圖片來源于微博

呼喚洪荒的太陽風(fēng)：

極光與地磁暴的產(chǎn)生

1.極光是什么

要想知道地磁暴是什么？首先要來講講大多數(shù)人熟知的極光是怎么發(fā)生的。

極光是一類發(fā)光的空間天氣現(xiàn)象。大量來自太陽的高能帶電粒子流（也稱作太陽風(fēng)）在進(jìn)入地球磁場后，多數(shù)被磁力線集中偏轉(zhuǎn)到磁極周邊并下落，當(dāng)它們與高層大氣（100 千米或以上）的粒子碰撞后，大氣粒子獲得能量而被激發(fā)或被電，當(dāng)這些粒子回復(fù)到初始基態(tài)或復(fù)合為中性粒子時(shí)，部分釋放的能量會(huì)以可見光形式發(fā)出。

由于當(dāng)前磁極也均位于地理上的南北兩極附近，因而這類發(fā)光現(xiàn)象集中在高緯度地區(qū)（尤其是環(huán)繞磁極的“磁緯度”較高地區(qū)，這里也被稱作極光帶），極光也因此得名。

太陽高能粒子流（太陽風(fēng)）對(duì)地球周邊區(qū)域/地磁場相互作用的示意圖

2.為什么極光會(huì)有不同的顏色？

極光的繽紛顏色與不同的大氣粒子和發(fā)光過程有關(guān)，也處在不同的高度。

如最常見的綠色極光，是氧原子被激發(fā)到激發(fā)態(tài)后，較短時(shí)間（1秒內(nèi)到數(shù)秒）回復(fù)到基態(tài)時(shí)發(fā)出的光，通常在 100～200 千米高；而紅色極光同樣是激發(fā)態(tài)氧原子回復(fù)后的發(fā)光，但這一過程需要較長時(shí)間（數(shù)十秒到百余秒），期間一旦與其他粒子碰撞將損失這部分能量而無法發(fā)光，因而紅色極光最主要在粒子密度更低、高度更高的層面相對(duì)常見（約 200～350 千米）。

通常而言，由于高空能發(fā)光粒子較為稀薄，紅色極光的強(qiáng)度相較綠色極光偏弱，但由于極光帶在我國以北數(shù)百千米甚至更遠(yuǎn)，我國北方能看到的極光高度角都較低，加之地球表面的弧度、地形等遮擋，因而對(duì)于我國北方等中緯度地區(qū)，反而高度較高、強(qiáng)度相對(duì)較弱的紅色極光更容易被看到。

此外，藍(lán)色為氮原子激發(fā)/電離后發(fā)出的光，但氮原子更難被激發(fā)電離，它出現(xiàn)的頻率也不如紅/綠色極光高。

極光高度和顏色的關(guān)系，以及我國在內(nèi)的中緯度地區(qū)可視范圍示意圖。圖片來源：中國國家地理

3.地磁暴是什么

而這來自太陽的高能帶電粒子流主要起源自太陽大氣最外層——日冕層。日冕層溫度極高的同時(shí)物質(zhì)極其稀薄，此時(shí)物質(zhì)以帶電的等離子體形式存在。通常情況下，這些帶電粒子被封閉的太陽磁場所束縛，難以成規(guī)模地逃離，但有兩類情況下，它們會(huì)順利噴薄而出：

一是日冕存在較穩(wěn)定（持續(xù)數(shù)日）的特定結(jié)構(gòu)，如冕洞這類溫度較低、磁場線較為開放的結(jié)構(gòu)，帶電粒子流會(huì)在這里成功逃脫太陽磁場束縛，形成冕洞高速流；

而比其更為劇烈的，則是強(qiáng)烈太陽活動(dòng)（包括但不限于耀斑爆發(fā)）引發(fā)的異常磁場擾動(dòng)，導(dǎo)致磁力線出現(xiàn)局部開放，此時(shí)這些“磁場缺口”處更容易出現(xiàn)帶電粒子流的快速噴薄而出，并形成日冕物質(zhì)拋射（CME）事件——后者往往會(huì)引發(fā)更顯著的磁暴。

去年 12 月地磁暴期間太陽的遠(yuǎn)紫外線波段影像圖。圖中右下部分的暗色區(qū)域正是溫度較低、磁力線較為開放的冕洞，它對(duì)高能帶電粒子流的產(chǎn)生和最近的地磁暴與極光活動(dòng)有一定貢獻(xiàn)。圖片來源：美國航天局（NASA）下屬太陽動(dòng)力學(xué)天文臺(tái)（SDO）

當(dāng)CME對(duì)應(yīng)的高能粒子流進(jìn)入地球磁場范圍后，會(huì)使地磁場壓縮變形，并將大量帶電粒子注入磁層區(qū)域，引發(fā)磁層環(huán)電流急劇變化；而由于變化的電流會(huì)產(chǎn)生變化的磁場，這一部分帶電粒子流會(huì)給地磁場額外附加一部分感應(yīng)磁場，這額外附加的部分就被稱作地磁擾動(dòng)，其中較強(qiáng)者會(huì)稱作地磁暴。

所以地磁暴和極光是這些太陽高能粒子流影響的兩面，可以通過監(jiān)測(cè)地磁暴事件的強(qiáng)度預(yù)報(bào)極光的強(qiáng)度。

通常而言，越正對(duì)地球、速度越快的 CME，會(huì)產(chǎn)生越強(qiáng)烈的地磁暴；而 CME 也具有不同形態(tài)，通常以 CME 兩端夾角衡量，完全成環(huán)（360°）者被稱作暈狀 CME —這類通常是正對(duì)地球、速度極快的 CME 事件，往往會(huì)引發(fā)強(qiáng)地磁暴事件。

電·磁·光的交織：

地磁暴對(duì)生活的影響

地磁暴除了直接反映地磁場的劇烈擾動(dòng)，也代表著高能粒子流沖擊地球高層大氣。

在這類大地磁暴活動(dòng)時(shí)，磁極附近的高緯度區(qū)域地面會(huì)因?yàn)榇艌龅目焖僮兓M(jìn)一步激發(fā)感應(yīng)電流，并對(duì)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)等產(chǎn)生一定干擾，此外高緯度區(qū)域地磁導(dǎo)航、衛(wèi)星導(dǎo)航和低頻無線電波導(dǎo)航等方式等也會(huì)受到明顯干擾。

由于高能帶電粒子流增強(qiáng)，部分帶電粒子會(huì)深入極地平流層而讓這一層面電離輻射增強(qiáng)，對(duì)經(jīng)過極地區(qū)域的航班飛行也稍有影響。

而根據(jù)研究數(shù)據(jù)匯總而看，單次極地航班飛行時(shí)遭遇的劑量為 2.5～4μSv/h（上限在太陽活動(dòng)高峰時(shí)達(dá)到），雖然這是天然本底輻射（約 0.2μSv/h）的 12～20 倍，但如果只是作為普通乘客的每年數(shù)次飛行，即使時(shí)間較長、在太陽活動(dòng)高峰期間飛行，也遠(yuǎn)低于安全電離輻射劑量閾值（建議普通公眾為每年 1000μSv，而職業(yè)工作者為每年 20000μSv），不會(huì)造成明顯影響，但對(duì)于常年工作在極地航線的機(jī)組乘務(wù)人員，部分研究認(rèn)為總輻射劑量可能接近安全閾值，也需要更多研究確認(rèn)。

在大氣層之外，高能粒子流和地磁擾動(dòng)同樣對(duì)空間站、衛(wèi)星的電氣元件工作、飛行姿態(tài)等產(chǎn)生影響，在軌航天員需要注意。甚至對(duì)于部分低軌道航天器而言，由于運(yùn)行區(qū)域大氣密度稍大，地磁暴期間可能出現(xiàn)大氣密度進(jìn)一步升高而阻力增大，影響航天器軌道變動(dòng)甚至提前墜落，這些都是需要防范。

而以本次大地磁暴級(jí)別的事件，對(duì)于包括我國在內(nèi)的中緯度地區(qū)日常生活，如電子器件、通訊、飛行航班等，都不會(huì)造成任何明顯影響。

對(duì)于更多普通人而言，目前并無充分證據(jù)表明地磁暴對(duì)身體狀況存在影響。較強(qiáng)地磁暴的對(duì)普通人最直觀的體驗(yàn)，則是在高緯度區(qū)域（準(zhǔn)確而言，是磁極周邊的磁緯度較高區(qū)域）更可能看到絢爛極光，且隨著高能粒子流向赤道方向擴(kuò)張，不少中緯度地區(qū)，包括我國北部也能看到極光。只是前文已經(jīng)提及，我國北方的極光視角較低且較為暗淡，必須在足夠空曠、能避開城鎮(zhèn)燈等光污染區(qū)域，如果緯度不夠高，在城鎮(zhèn)里是很難見到。

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作者丨風(fēng)云夢(mèng)遠(yuǎn) 氣候?qū)W方向在讀博士

審核丨韓文標(biāo) 中國科學(xué)院上海天文臺(tái) 研究員