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极光美图刷屏，解码太阳活动与地磁暴

发表时间：2024-05-17 10:01

近日，受地磁暴影响，全球多地出现罕见极光，这也是我国境内看到极光范围较广的一次，相信很多人都被“极光”这个词以及各地拍摄到的极光美图刷屏了！先一起来欣赏一下吧。

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新疆阿勒泰

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北京市怀柔区长哨营满族乡
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北京市怀柔区慕田峪长城

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黑龙江漠河

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新疆哈密盐池


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极光现象小科普

根据国家空间天气监测预警中心5月11日公布的消息，在5月10日晚到11日凌晨，地球磁场爆发了大地磁暴现象（kp=9）。地磁暴期间，高能粒子从太空落下，撞击空气并使其发光，从而形成极光。

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极光现象是一种很常见的自然现象，平时主要发生在极地。来自太阳的高能带电粒子高速进入到地球磁场时，地球强大的磁场就会迫使其中一部分沿着磁场线集中到南北两极。当这些高能带电粒子进入到极地地区上空的高层大气时就会与大气中的原子、分子碰撞，就会产生了绚丽的极光现象。

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为什么极光会突破地理纬度的限制，出现在更多地区？在地磁暴现象爆发的情况下，太阳风穿透地球磁场的范围就会比平常时大得多，不仅南北极地区的上空才会看到极光现象，一些中高纬度地区也可能会看到。例如这次特大地磁暴爆发时，不仅黑龙江漠河和新疆部分地区能看到极光，连北京怀柔也能轻松的拍摄到极光的美丽身影。
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大部分极光集中在地球上方的90~400公里。据《中国国家地理》杂志绘制的人类观测极光示意图显示：
在300公里以上，极光以浅红色为主；

在200~300公里，以深红色为主；

在100~200公里，以绿色为主；

在100公里以下，则是蓝色、紫色或多种颜色混合的颜色。

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因为地表有一定弧度，使得地球本身会遮挡一部分远方的物体。如果观测点离极光太远，就只能看到高度更高的红色极光了。因此，在中国看到的极光大都是红色，而在北极圈内看到的多是绿色。
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极光背后的太阳活动与地磁爆


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5月14日 X8.7级大耀斑（SDO卫星监测，世界时）

北京时间5月15日零点51分，太阳动力学天文台捕捉到一个X8.7级的太阳耀斑，源于太阳黑子群3664，这是迄今本轮太阳活动周期中最大的耀斑。
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本轮太阳活动周期，即第25太阳周期，始于2019年12月，根据最新预测2024 年 4 月至 2025 年 2 月之间是本轮周期的极大期，一系列令人惊叹的展示能量变化的壮观景象会相继出现，包括太阳黑子、光斑、谱斑、耀斑、日珥和日冕瞬变事件等太阳活动。
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耀斑喷射（相当于上百亿枚百吨级氢弹爆炸）。

太阳活动在太阳表面发生能量释放，会释放出大量带电粒子和电磁辐射，从而形成太阳风，太阳风高速等离子体到达地球空间后，会压缩地球的磁层，同时大量带电粒子注入地球磁层，这些带电粒子会围绕着地球运动，造成地球环电流的增强，引发全球性的地磁扰动，即地磁暴。

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磁暴期间，地面地磁台站会检测到地磁场水平分量会在1到几个小时内急剧下降，在随后的几天内恢复。1859年卡灵顿大磁暴释放的能量约为5×10^16焦耳，相当于800个广岛原子弹的能量，正所谓“太阳吼一吼，地球抖三抖”。
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地磁变化：1859年磁暴发展过程中地磁变化记录，摘自Tsurutani et al. (2003)



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对航天器的影响

尽管剧烈的太阳活动和地磁爆对地球气候的影响存在争议，但航天器面临的威胁已经摆在了各国航天科研人员的面前。

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太阳活动的加剧和地磁暴现象，会导致高层大气密度剧增，进而引起卫星轨道变化，卫星、探测器、飞船、空间站等航天器均面临巨大的挑战。
此前强烈的太阳活动引发的地磁暴，曾导致SpaceX公司的约40颗卫星在发射不久后难以正常升轨，最终离轨烧毁；
2023年4月24日的特大地磁暴中，我国气象卫星之一风云三号G星的轨道因此降低了约560米，所幸卫星设计之处已经考虑这些，有相应的应对措施，在轨服役良好；
2023年夏季起，各国航天器失效或提前到寿的现象逐渐增多，表明运行在近地轨道上的卫星承受了更苛刻的工作环境。
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目前，太阳活动达到近20年来的最高水平，不仅比之前天文学家预测的时间提前达到峰值，而且比预测强度高出约50%。为了在越来越剧烈的太阳活动作用下保障航天器安全，航天行业的企业、从业人员需要针对航天器设计、试验、制造和发射等不同阶段，多管齐下，采取各种防范措施，共同应对极端的“空间天气”变化带来的挑战！

图片来源：网络、科普中国等；

文稿来源：人民日报、国家空间天气预警中心、中国航天报、中国国家地理。