地磁暴，本周最強「背鍋俠」

2024-04-03科學

2023年4月24日淩晨3:48

新疆克拉瑪依市烏爾禾區的極光接片

圖自【中國國家地理】2023年7月

攝影／戴建峰

3月24日，國家衛星氣象中心（國家空間天氣監測預警中心）釋出大地磁暴預警。

連上幾次熱搜後，地磁暴就成了最強「背鍋俠」，遲到、嗜睡、失眠、心情差……網友把什麽鍋都甩給了地磁暴。其實，地磁暴對公眾日常生活的影響微乎其微。

近年來地磁暴頻頻發生，2024年更是太陽活動的高峰年，所以，今年我們還可能會遇見多場地磁暴、太陽耀斑等太陽事件。

今天，地理君就跟大家聊一聊地磁暴，也歡迎大家看完文章來評論區說一說你對地磁暴的認識。

地磁暴是啥？

圖自【博物】2008年12月

太陽除了給予我們光和熱，還經常派出「特使」存取地球。而在地球周圍有一把重要的大傘在保護著我們，那就是地球的磁場，它保護著地球生命避免直接受到太陽風與宇宙射線的侵害。

但有時太陽上也「搞搞活動」，發出的 帶電粒子 就會特別多，造成 全球性的地磁場擾動 ，這便是「地磁暴」。

地磁暴強度分級、影響與出現頻率

圖自【中國國家地理】2023年7月

地磁暴強度Kp指數，是用來描述地磁活躍的程度，一般劃分為五個級別：小、中等、大、特大、超大，分別用G1、G2、G3、G4、G5表示，對應的Kp指數值分別是5、6、7、8、9。

地磁暴與極光有啥關系？

圖自【中國國家地理】2019年9月

在冰島西南部，極光翩若遊龍漫天飛舞，青色的光焰照耀夜空，令世間燈火黯然失色。神話中的極光女神「歐若拉」，展示出顛覆我們傳統印象的壯美姿態。攝影／張敬宜

現代科學認為，從現象上說，極光是一種可以在地球高緯度地區的高空中觀察到的大氣發光現象。1958年人類首次發射火箭進入極光，鑒別出 高能電子流是極光的主要激發源 。

那麽這些高能電子流來自哪裏呢？究其源頭，它們一部份源自於離我們最近的恒星——太陽，另一部份則是儲存在地球磁場中的高能粒子。

這些帶電的高能粒子與高層大氣中的分子和原子 相互撞擊 所產生的瓦斯發光現象就是極光。由於地球大氣主要由氮氣和氧氣構成，所以極光的色彩也主要來源於氮和氧。

極光下的京劇臉譜

圖自【中國國家地理】2016年12月

一排廢棄的油罐在上世紀90年代被中國南極科學考察隊員繪上了京劇臉譜，它們就此成為了中山站的名片。攝影/李航

我們所觀察到極光的最強部份，一般都分布在一個以磁極為中心的環形區域裏，這個區域被稱為 極光卵 。極光卵的大小與位置並非一成不變，而是與地磁暴強弱有直接關系。

當發生大磁暴時，意味著有更多來自太陽的高能帶電粒子，往地球磁場註入了更多能量。這也意味著，有更多大氣分子受到高能帶電粒子的碰撞，從而導致 極光卵面積的擴大 。

也就說，地磁暴等級越高，進入地球大氣層的太陽帶電粒子越多，這時的極光卵不僅面積變大，其覆蓋面也越靠近 中低緯度地區 。這也是發生較強地磁暴時，中低緯地區能觀測到極光現象的原因。

高能粒子沿磁力線

進入大氣層撞擊大氣中的原子和分子

圖自【中國國家地理】2015年6月

地球磁場，就像我們小時候玩的直條磁鐵，磁力線本來應當是閉合的，從南極（磁北極）發出最終回到北極（磁南極）。但是由於太陽風對磁力線的擠壓，在南北緯65—75度附近的位置出現了敞開的磁力線，換句話說，這裏的磁力線沒有回到極區，而是被攜帶有磁場的太陽風所拖拽伸長，最終在地球背向太陽一側形成幾乎平行於黃道面的磁場。這個閉合與敞開磁力線的邊界便是高能粒子流向地球的主要通道，這也導致我們觀察到的極光的最強部份，一般分布在一個以磁極為中心的環形區裏。

在中國拍到極光

圖自【中國國家地理】2023年7月

2023年4月24日淩晨4:24，攝影師在新疆克拉瑪依市烏爾禾區拍攝到了極光和穩定極光紅弧（SAR）。在圖片中，最上方那一彎呈弧形的紅色部份，是穩定極光紅弧（SAR）。在SAR下方，顏色更亮、更紅的部份，是極光。攝影／戴建峰

平時，要看到極光，不僅取決於太陽與地球磁場的活躍程度，還要求我們身處 高緯度地區 ，天氣晴朗，北方視線盡可能開闊（這裏指在北半球觀測。在南半球觀測，就要求南方視線開闊），且不受光汙染的影響。

要想在中國觀測和拍攝到極光，關註空間天氣預報是首要工作。從目前來看，只要地 磁暴等級達到G2或G3 ，就有機會在中國高緯度地區拍攝到極光。

2023年5月12日晚上11點

攝影師在漠河拍攝到的極光

圖自【中國國家地理】2023年7月

根據2023年5月5日太陽表面兩次M級的耀斑爆發，世界多國空間天氣預警部門均預測，這次太陽活動所拋射出的物質，將在5月7日—8日對地球造成影響，地磁暴等級有可能達到G2級。5月8日台北時間21:40，中國科學院地質與地球物理研究所位於漠河地磁觀測台的地磁觀測數據顯示，地磁水平分量突然明顯增強，這意味著位於高緯度的極光卵開始突然向漠河方向移動。攝影／張濤

此外，要想成功拍攝極光，還受多方面綜合因素的影響，比如天氣、日照時間、月相、交通條件等。

當然， 相機和鏡頭 也十分關鍵，因為極光總體發光較弱，要求相機有很好的 高感光 素質。另外， 大光圈的廣角鏡頭 也是不錯的選擇。在極光總體亮度可接受的情況下，盡量減小曝光時間。這樣，一張清晰絢麗的極光照片，將有機會被你記錄到相機中。

圖自【中國國家地理】2015年6月

雖然肉眼不可見但用相機在中國新疆拍攝到了極光照片。2015年3月17日晚10點，在新疆的北京天文館館長朱進，接到同事蘇晨發來的監測到地磁飆高可能會有極光發生的訊息後，做好了充足的拍攝準備，最終幸運地記錄下了這一罕見天象。照片是用全片幅相機加上8公釐魚眼鏡頭拍攝的，看上去藍色極光出現的最高位置幾乎可以到攝影者所在地點（北緯46度左右）的頭頂了。攝影／朱進

早在2015年3月，北京天文館的朱進館長就曾在克拉瑪依市北部的烏爾禾區拍到了極光。如果要問，比朱進館長更早的國內極光記錄有嗎？

回答是：有。

據考證，中國最早的極光記錄出現在 周昭王元年 ，【通鑒外紀】上記載「有光五色貫紫微」（北京天文台編【中國古代天象記錄總集】）。

到了 唐宋時期 ，中國極光活動的記錄更為頻繁。比如在南宋高宗建炎四年（1130年）五月，洞庭湖邊就有詳盡的極光觀測記錄。【文獻通考】（宋元學者馬端臨編撰）寫道：「洞庭湖夜赤光見東北亙天，如火明照湖心，上下一色，俄轉東南。」

在歷史上， 地球磁極中心的位置是變化的 。現在的中心靠近北美洲北部一側，所以在中國不太容易觀測到極光。在古代，特別是在宋代，磁極中心靠近西伯利亞一帶的時候，在古代中國，人們可能比現在更容易看到極光。

圖為人類觀測極光示意圖

圖自【中國國家地理】2023年7月

大部份極光集中在地球上方的90—400公裏。其中在300公裏以上，極光以淺紅色為主，200—300公裏以深紅色為主，100—200公裏以綠色為主，100公裏以下則是藍色、紫色或多種顏色混合的深紅色。為什麽在中國看到的極光大都是紅色，而在北極圈內看到的是綠色？這主要是因為地表有一定弧度，使得地球本身會遮擋一部份遠方的物體。如果觀測點離極光太遠，就只能看到高度更高的紅色極光了。這也意味著我們離極光卵還很遠。