地磁暴，本周最强「背锅侠」

2024-04-03科学

2023年4月24日凌晨3:48

新疆克拉玛依市乌尔禾区的极光接片

图自【中国国家地理】2023年7月

摄影／戴建峰

3月24日，国家卫星气象中心（国家空间天气监测预警中心）发布大地磁暴预警。

连上几次热搜后，地磁暴就成了最强「背锅侠」，迟到、嗜睡、失眠、心情差……网友把什么锅都甩给了地磁暴。其实，地磁暴对公众日常生活的影响微乎其微。

近年来地磁暴频频发生，2024年更是太阳活动的高峰年，所以，今年我们还可能会遇见多场地磁暴、太阳耀斑等太阳事件。

今天，地理君就跟大家聊一聊地磁暴，也欢迎大家看完文章来评论区说一说你对地磁暴的认识。

地磁暴是啥？

图自【博物】2008年12月

太阳除了给予我们光和热，还经常派出「特使」访问地球。而在地球周围有一把重要的大伞在保护着我们，那就是地球的磁场，它保护着地球生命避免直接受到太阳风与宇宙射线的侵害。

但有时太阳上也「搞搞活动」，发出的 带电粒子 就会特别多，造成 全球性的地磁场扰动 ，这便是「地磁暴」。

地磁暴强度分级、影响与出现频率

图自【中国国家地理】2023年7月

地磁暴强度Kp指数，是用来描述地磁活跃的程度，一般划分为五个级别：小、中等、大、特大、超大，分别用G1、G2、G3、G4、G5表示，对应的Kp指数值分别是5、6、7、8、9。

地磁暴与极光有啥关系？

图自【中国国家地理】2019年9月

在冰岛西南部，极光翩若游龙漫天飞舞，青色的光焰照耀夜空，令世间灯火黯然失色。神话中的极光女神「欧若拉」，展示出颠覆我们传统印象的壮美姿态。摄影／张敬宜

现代科学认为，从现象上说，极光是一种可以在地球高纬度地区的高空中观察到的大气发光现象。1958年人类首次发射火箭进入极光，鉴别出 高能电子流是极光的主要激发源 。

那么这些高能电子流来自哪里呢？究其源头，它们一部分源自于离我们最近的恒星——太阳，另一部分则是储存在地球磁场中的高能粒子。

这些带电的高能粒子与高层大气中的分子和原子 相互撞击 所产生的气体发光现象就是极光。由于地球大气主要由氮气和氧气构成，所以极光的色彩也主要来源于氮和氧。

极光下的京剧脸谱

图自【中国国家地理】2016年12月

一排废弃的油罐在上世纪90年代被中国南极科学考察队员绘上了京剧脸谱，它们就此成为了中山站的名片。摄影/李航

我们所观察到极光的最强部分，一般都分布在一个以磁极为中心的环形区域里，这个区域被称为 极光卵 。极光卵的大小与位置并非一成不变，而是与地磁暴强弱有直接关系。

当发生大磁暴时，意味着有更多来自太阳的高能带电粒子，往地球磁场注入了更多能量。这也意味着，有更多大气分子受到高能带电粒子的碰撞，从而导致 极光卵面积的扩大 。

也就说，地磁暴等级越高，进入地球大气层的太阳带电粒子越多，这时的极光卵不仅面积变大，其覆盖面也越靠近 中低纬度地区 。这也是发生较强地磁暴时，中低纬地区能观测到极光现象的原因。

高能粒子沿磁力线

进入大气层撞击大气中的原子和分子

图自【中国国家地理】2015年6月

地球磁场，就像我们小时候玩的直条磁铁，磁力线本来应当是闭合的，从南极（磁北极）发出最终回到北极（磁南极）。但是由于太阳风对磁力线的挤压，在南北纬65—75度附近的位置出现了敞开的磁力线，换句话说，这里的磁力线没有回到极区，而是被携带有磁场的太阳风所拖拽伸长，最终在地球背向太阳一侧形成几乎平行于黄道面的磁场。这个闭合与敞开磁力线的边界便是高能粒子流向地球的主要通道，这也导致我们观察到的极光的最强部分，一般分布在一个以磁极为中心的环形区里。

在中国拍到极光

图自【中国国家地理】2023年7月

2023年4月24日凌晨4:24，摄影师在新疆克拉玛依市乌尔禾区拍摄到了极光和稳定极光红弧（SAR）。在图片中，最上方那一弯呈弧形的红色部分，是稳定极光红弧（SAR）。在SAR下方，颜色更亮、更红的部分，是极光。摄影／戴建峰

平时，要看到极光，不仅取决于太阳与地球磁场的活跃程度，还要求我们身处 高纬度地区 ，天气晴朗，北方视线尽可能开阔（这里指在北半球观测。在南半球观测，就要求南方视线开阔），且不受光污染的影响。

要想在我国观测和拍摄到极光，关注空间天气预报是首要工作。从目前来看，只要地 磁暴等级达到G2或G3 ，就有机会在我国高纬度地区拍摄到极光。

2023年5月12日晚上11点

摄影师在漠河拍摄到的极光

图自【中国国家地理】2023年7月

根据2023年5月5日太阳表面两次M级的耀斑爆发，世界多国空间天气预警部门均预测，这次太阳活动所抛射出的物质，将在5月7日—8日对地球造成影响，地磁暴等级有可能达到G2级。5月8日北京时间21:40，中国科学院地质与地球物理研究所位于漠河地磁观测台的地磁观测数据显示，地磁水平分量突然明显增强，这意味着位于高纬度的极光卵开始突然向漠河方向移动。摄影／张涛

此外，要想成功拍摄极光，还受多方面综合因素的影响，比如天气、日照时间、月相、交通条件等。

当然， 相机和镜头 也十分关键，因为极光总体发光较弱，要求相机有很好的 高感光 素质。另外， 大光圈的广角镜头 也是不错的选择。在极光总体亮度可接受的情况下，尽量减小曝光时间。这样，一张清晰绚丽的极光照片，将有机会被你记录到相机中。

图自【中国国家地理】2015年6月

虽然肉眼不可见但用相机在中国新疆拍摄到了极光照片。2015年3月17日晚10点，在新疆的北京天文馆馆长朱进，接到同事苏晨发来的监测到地磁飙高可能会有极光发生的消息后，做好了充足的拍摄准备，最终幸运地记录下了这一罕见天象。照片是用全画幅相机加上8毫米鱼眼镜头拍摄的，看上去蓝色极光出现的最高位置几乎可以到摄影者所在地点（北纬46度左右）的头顶了。摄影／朱进

早在2015年3月，北京天文馆的朱进馆长就曾在克拉玛依市北部的乌尔禾区拍到了极光。如果要问，比朱进馆长更早的国内极光记录有吗？

回答是：有。

据考证，中国最早的极光记录出现在 周昭王元年 ，【通鉴外纪】上记载「有光五色贯紫微」（北京天文台编【中国古代天象记录总集】）。

到了 唐宋时期 ，我国极光活动的记录更为频繁。比如在南宋高宗建炎四年（1130年）五月，洞庭湖边就有详尽的极光观测记录。【文献通考】（宋元学者马端临编撰）写道：「洞庭湖夜赤光见东北亘天，如火明照湖心，上下一色，俄转东南。」

在历史上， 地球磁极中心的位置是变化的 。现在的中心靠近北美洲北部一侧，所以在中国不太容易观测到极光。在古代，特别是在宋代，磁极中心靠近西伯利亚一带的时候，在古代中国，人们可能比现在更容易看到极光。

图为人类观测极光示意图

图自【中国国家地理】2023年7月

大部分极光集中在地球上方的90—400公里。其中在300公里以上，极光以浅红色为主，200—300公里以深红色为主，100—200公里以绿色为主，100公里以下则是蓝色、紫色或多种颜色混合的深红色。为什么在中国看到的极光大都是红色，而在北极圈内看到的是绿色？这主要是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。这也意味着我们离极光卵还很远。