太陽(yáng)正在達(dá)到11年來(lái)的驚人峰值，其影響可能是巨大的

最近，世界各地比平時(shí)更多的人能夠看到北極光和南極光用肉眼頭頂。這個(gè)不尋常的事件是由一個(gè)非常強(qiáng)大的太陽(yáng)風(fēng)暴，這影響了地球磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)。

太陽(yáng)正在達(dá)到11年周期中活動(dòng)的最大點(diǎn)。這意味著我們可以期待更多的爆炸性粒子噴出。

在適當(dāng)?shù)那闆r下，這些最終會(huì)在天空中產(chǎn)生漂亮的極光，以及地磁暴這可能會(huì)損壞電網(wǎng)和軌道衛(wèi)星等基礎(chǔ)設(shè)施。

那么究竟是什么導(dǎo)致了這些現(xiàn)象呢？北極光和南極光通常局限于非常高和非常低的緯度。來(lái)自太陽(yáng)的高能粒子在太陽(yáng)磁場(chǎng)的引導(dǎo)向地球。它們?cè)诜Q為重新連接的過(guò)程中被轉(zhuǎn)移到地球磁場(chǎng)上。

然后，這些非?？焖俸蜔霟岬牧Ｗ友刂厍虻拇帕€（磁鐵的力方向）沖刺，直到它們擊中中性、寒冷的大氣粒子，如氧氣、氫氣或氮?dú)?。在這一點(diǎn)上，一些能量會(huì)丟失——這會(huì)使當(dāng)?shù)丨h(huán)境變暖。

然而，大氣中的粒子不喜歡高能，所以它們?cè)诳梢?jiàn)光范圍內(nèi)釋放出一些能量?，F(xiàn)在，根據(jù)哪種元素太熱，您將看到在電磁光譜的可見(jiàn)光范圍內(nèi)發(fā)射的一組不同的波長(zhǎng) - 以及顏色。

這是我們?cè)诟呔暥鹊貐^(qū)可以看到的極光的來(lái)源，在強(qiáng)烈的太陽(yáng)活動(dòng)期間，在低緯度地區(qū)也可以看到極光的來(lái)源。

極光中的藍(lán)色和紫色來(lái)自氮?dú)?，而綠色和紅色來(lái)自氧氣.這個(gè)特殊的過(guò)程一直在發(fā)生，但因?yàn)榈厍虼艌?chǎng)的形狀類似于條形磁鐵，被入射粒子激發(fā)能量的區(qū)域位于非常高緯度和低緯度（北極圈或一般的南極洲）。

那么，是什么讓我們?cè)诒卑肭蚋系牡胤娇吹搅藰O光呢？

你可能還記得在學(xué)校灑鐵屑在磁鐵頂部的紙上，看看它們?nèi)绾闻c磁場(chǎng)對(duì)齊。您可以多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，每次都看到相同的形狀。

這地球磁場(chǎng)也是恒定的，但可以根據(jù)太陽(yáng)的強(qiáng)度進(jìn)行壓縮和釋放。思考這個(gè)問(wèn)題的一個(gè)簡(jiǎn)單方法是想象兩個(gè)半充氣的氣球壓在一起。

如果你給一個(gè)氣球充氣，向它添加更多的氣體，壓力會(huì)增加，并將較小的氣球推回去。當(dāng)您釋放多余的氣體時(shí)，較小的氣球會(huì)放松并推出。

對(duì)我們來(lái)說(shuō)，這個(gè)壓力越強(qiáng)，相關(guān)的磁力線就越靠近赤道，這意味著可以看到極光。

異常風(fēng)暴

這也是潛在問(wèn)題的來(lái)源：移動(dòng)的磁場(chǎng)可以產(chǎn)生電流在任何導(dǎo)電的東西中。

對(duì)于現(xiàn)代基礎(chǔ)設(shè)施，最大的電流是在電力線、火車軌道和地下管道中產(chǎn)生的。這種運(yùn)動(dòng)的速度也很重要，可以通過(guò)測(cè)量磁場(chǎng)與“正常”的擾動(dòng)程度來(lái)跟蹤。研究人員使用的一種此類措施稱為擾動(dòng)風(fēng)暴時(shí)間指數(shù).

按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，5月10日和11日的地磁暴異常強(qiáng)烈。在如此強(qiáng)烈的風(fēng)暴中，存在感應(yīng)電流的潛在危險(xiǎn)。

電力線面臨的風(fēng)險(xiǎn)最大，但受益于發(fā)電站內(nèi)置的保護(hù)措施。自1989年的地磁風(fēng)暴它熔化了加拿大魁北克省的一臺(tái)電力變壓器——導(dǎo)致數(shù)小時(shí)停電。

風(fēng)險(xiǎn)更大的是金屬管道，它當(dāng)電流通過(guò)它們時(shí)會(huì)腐蝕.這不是瞬時(shí)效應(yīng)，而是侵蝕材料的緩慢堆積。這可能會(huì)對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)生非常大的影響，但很難被發(fā)現(xiàn)。

雖然地面上的水流是一個(gè)問(wèn)題，但它們更是一個(gè)問(wèn)題太空挑戰(zhàn).衛(wèi)星的接地量有限，電涌會(huì)破壞儀器和通信。

當(dāng)衛(wèi)星以這種方式失去通信時(shí)，它被稱為僵尸衛(wèi)星，并且經(jīng)常完全丟失 - 造成非常高的投資損失。

地球磁場(chǎng)的變化也會(huì)影響通過(guò)的光。

我們看不到這種變化，但 GPS 樣式的定位系統(tǒng)的準(zhǔn)確性可能會(huì)受到強(qiáng)烈影響，因?yàn)槲恢米x數(shù)取決于您的設(shè)備和衛(wèi)星之間花費(fèi)的時(shí)間。電子密度（信號(hào)方式中的粒子數(shù)量）的增加會(huì)導(dǎo)致波彎曲，這意味著需要更長(zhǎng)的時(shí)間才能到達(dá)您的設(shè)備。

相同的更改也會(huì)影響衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的帶寬速度以及地球的輻射帶。這些是高能帶電粒子的環(huán)面，主要是電子，距離表面約13,000公里。

一個(gè)地磁暴能推動(dòng)這些粒子進(jìn)入低層大氣。在這里，粒子可以干擾飛機(jī)使用的高頻 （HF） 無(wú)線電并影響臭氧濃度。

極光并不局限于地球——許多行星都有極光，它們可以告訴我們很多關(guān)于這些天體上存在的磁場(chǎng)的信息。用于模擬極光的特殊設(shè)備是“行星”，由挪威科學(xué)家于 1900 年代初首次開(kāi)發(fā)克里斯蒂安·伯克蘭.

將磁球（代表地球）放置在真空室中，并通過(guò)向球體發(fā)射電子來(lái)模擬太陽(yáng)風(fēng)。我們?cè)谟?guó)的大學(xué)里有兩臺(tái)這樣的儀器，在諾丁漢特倫特大學(xué)，我最近幫助一名學(xué)生建立了一個(gè)預(yù)算版作為碩士項(xiàng)目。

通過(guò)改變磁場(chǎng)強(qiáng)度和物體之間的距離，您可以觀察極光是如何變化的。排放物主要是紫色的，正如您在 72% 的氮?dú)猸h(huán)境中所期望的那樣。

在頂部周圍出現(xiàn)一個(gè)強(qiáng)烈的發(fā)射環(huán)，在地球上可以看到極光，這個(gè)環(huán)根據(jù)磁場(chǎng)強(qiáng)度在緯度上上下移動(dòng)。

作為一種自然事件，極光是一個(gè)奇跡。但更好的是，對(duì)于每一次強(qiáng)烈的地磁風(fēng)暴，我們都會(huì)做出改進(jìn)，以幫助防止未來(lái)事件的潛在損害。

伊恩·惠特克，物理高級(jí)講師，諾丁漢特倫特大學(xué)

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