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解读地磁暴背后的秘密：导航会不会受影响？

2023-12-02 21:40

来源：澎湃新闻·澎湃号·媒体

近日，中国气象局国家空间天气监测预警中心预计，11月30日、12月1日、12月2日三天可能出现地磁暴活动，其中12月1日可能发生中等以上地磁暴甚至大地磁暴。12月1日晚，地磁暴的“副产品”之一的极光如约而至，不少游客和摄影爱好者，在我国漠河、大庆、塔河等北方地区拍到了绚烂的红绿极光，甚至连北京怀柔也有摄影爱好者拍到了红白双色的极光，结果引发网友热议。

12月2日，上游新闻记者整合了权威信息，对地磁暴的成因、地磁暴对导航通信的影响、北京为何能拍到极光等问题进行了梳理。

多种因素可以引发地磁暴

据北京科学中心微信公众号介绍：地磁暴就是地球磁场全球性的剧烈扰动现象。它有专门的强度等级，研究中常用Dst指数来分级，在实际的预警应用中则采用Kp指数来分级，Kp指数最高是9级，属于特大地磁暴级别。

至于地磁暴引发的原因，既有外因：太阳耀斑、日冕物质抛射、彗星、流星撞击、地震、火山活动、宇宙射线等；也有内因：磁场扰动、极移、地幔对流等，引发本次地磁暴的主因是日冕物质抛射。

黑龙江出现的绚烂极光。来源：央视新闻

根据国家空间天气监测预警中心11月30日发布的大地磁暴预警：世界时（UT）11月27日5时、21时、22时以及11月28日20时左右，太阳先后出现了四次日冕物质抛射（CME）。其中第四次过程强度最大，喷发物质最多，并且形成了一个近似球形的喷发面——据风云三号E星观测，第四次CME前的几十分钟内，太阳中部偏南的活动区亮度持续升高，形成了M9.8级耀斑，在随后的数十分钟内，大量日冕物质从此喷发而出。

因此国家空间天气预测预警中心预测，地球会迎来两波来自太阳的轰击：第一波在11月30日左右制造地磁暴，第二波在12月1日左右制造地磁暴。因为CME爆发速度前慢后快，所以第二波轰击是后三次CME叠加，聚集的能量更强，让全国多地看到了极光。

为何北京能看到极光？

在地球上，地磁暴带来的最直观影响就是极光。对于极光，世界各国都有美丽的传说：挪威西海岸以及芬兰不少地区将极光视作挥舞着白手套跳舞的老奶奶；北美印第安人则认为极光是一位故去的国王在与他的后代子民联络；中国的《山海经》则将极光描述成了北方的红色蛇神烛龙。

SOHO卫星携带的日冕仪拍摄的日冕物质抛射过程，来源：“空间天气”微信公号

不过中国气象局微信公众号2015年11月的科普文章指出，极光的本质是太阳冲着地球打了一个“喷嚏”：当太阳向外喷射的高速太阳风吹临地球，由于地球磁场的作用，太阳风裹挟的高速带电粒子顺着地球磁力线到达两极地区，大量的带电粒子一起喊着“给你们力量”，一股脑地撞向大气层中的分子和原子，它们真的就得到了“力量”，“手拉手的跳起舞来”（带电粒子与原子、分子碰撞产生了荧光）。

至于本次极光现象为何多出现于我国的北方，甚至连北京都拍到了极光？有专家在接受新华社采访时介绍，极光虽然常见于高纬度地区，但如果地磁暴特别强，极光发生的范围会扩大，因此在北纬40度的北京看到极光是可能的。

北京天文馆研究员、《天文爱好者》杂志主编朱进也对媒体表示，虽然极光常见于高磁纬地区，但如果地磁暴特别强，极光发生的范围会扩大。据记载，地磁暴厉害的时候，甚至在赤道地区都能看到极光。

地磁暴成“卫星杀手”

地磁暴虽然可以制造绚烂的极光，但是对日常生活是有不利影响的。据北京科学中心微信公众号介绍，地磁暴的不利影响主要有四类：航天器、运输线路、动物和通信导航。

其中最容易被大众了解的是对航天器的影响。地磁扰动会引起大气密度变化，进而导致大气阻力增加，使得卫星尤其是低轨卫星的轨道高度下降，降低卫星寿命。1973年美国发射的Skylab（天空实验室）卫星，当时预计该卫星能够运行至少10年，但后续多个地磁暴出现，导致其飞行阻力变大，仅四年之后卫星就脱离了稳定状态，1979年坠入大气陨落。另据新华社2022年2月报道：美国太空探索技术公司在2月3日单次发射了总共49颗“星链”卫星，但次日遭遇地磁暴，其中多达40颗卫星由于无法恢复正常轨道高度而损毁。

与此同时，地磁暴对地面电网、石油管线等运输线路也威胁不小，地磁暴形成的感应电流，容易引起电网跳闸、损毁等事故。如1989年3月，加拿大魁北克地区持续12个小时的大规模停电事故，就是由于地磁暴引起的，当时受影响的人数高达600万，直接经济损失数以亿美元计算。

地磁暴会影响通信吗？

地磁暴对动物的不良影响主要体现于信鸽、海龟这类靠地磁场来感应方向的动物，当磁场发生紊乱时，就会导致它们的行进、迁移路线发生改变。

地球磁场磁力线分布图，来源：中国气象

2021年中国科学院强磁场科学中心研究员谢灿在分析云南西双版纳15头亚洲象“远足”昆明的原因时曾指出：“我更相信这是云南野生大象固有迁徙本能的一次觉醒，有可能是因为某次太阳活动异常引起的磁暴激活了这种本能。”

地磁暴会影响到动物，会不会也影响到人类？清华大学天文系副教授蔡峥在12月2日接受《北京日报》采访时表示地磁暴会对电子通信产品产生一定影响，但对普通人的身体健康几乎没有影响，更多影响是对在国际空间站等环境中工作的宇航员。磁暴期间辐射增加，宇航员通常需要采取额外的防护措施。

至于地磁暴对通信导航的干扰，最主要的原因是地磁暴期间的电离辐射会干扰地球大气的电离层，引发电离层闪烁及电离层延迟等，进而影响到无线电通信和导航定位系统，导致定位错误或中断。

今年3月23日-24日地球曾出现了一次特大地磁暴，事后国家空间天气监测预警中心发布数据：地磁暴影响前，电离层可用频带范围为2~10.65兆赫兹；地磁暴影响期间，电离层可用频带范围明显变窄，只剩2~4.10兆赫兹。结合这一数据，国家空间天气监测预警中心研究员乐贵明曾提醒：“地磁暴期间导航定位都会受到很大的影响，这对飞过极区或者航线要经过高纬度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制定航线了。”