4 月 24 日凌晨，新疆克拉瑪依的天空出現(xiàn)了一道道絢麗的紅色光帶，仿佛有人用巨大的畫筆在黑暗中揮灑。這一炫目的場(chǎng)景被攝影師記錄下來并供大家欣賞，熟悉的人一眼就看出來，這就是極光。
極光是怎么產(chǎn)生的呢？簡單來說，就是太陽風(fēng)中的帶電粒子被地球磁場(chǎng)捕獲，沿著磁力線加速運(yùn)動(dòng)，最終撞擊大氣分子，使其激發(fā)并發(fā)射出不同波長的光。太陽風(fēng)是太陽表面不斷噴發(fā)的高溫等離子體流，它攜帶著太陽磁場(chǎng)，向四面八方擴(kuò)散。當(dāng)太陽風(fēng)遇到地球磁場(chǎng)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的相互作用，形成一個(gè)巨大的磁層結(jié)構(gòu)。在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，有一個(gè)部分叫做磁尾，它是地球磁場(chǎng)被太陽風(fēng)拉長形成的一個(gè)尾巴。在磁尾中，太陽風(fēng)和電離層的粒子堆積，在磁重聯(lián)中被釋放，加速產(chǎn)生能量粒子，沿著磁力線沉降。這些粒子在地球兩極附近與大氣分子碰撞，產(chǎn)生不同顏色的光芒。例如，氧原子發(fā)出的是綠色或紅色的光，氮原子發(fā)出的是藍(lán)色或紫色的光。
這就解釋了為什么明明極光是太陽風(fēng)吹來的，但是在黑夜的時(shí)候更強(qiáng)。小小的粒子也擅長搞偷襲！當(dāng)然，這些帶電粒子不僅僅是帶來了極光，它們還與地球磁場(chǎng)相互作用，導(dǎo)致磁場(chǎng)的劇烈變化，這種現(xiàn)象叫做地磁暴。一般來講，在地磁暴發(fā)生時(shí)，極光通常會(huì)更加活躍和明顯。
顯然，作為一種出現(xiàn)在高緯度地區(qū)的自然發(fā)光現(xiàn)象，極光如果出現(xiàn)在中緯度地區(qū)，那就證明太陽活動(dòng)出現(xiàn)了異常。本次新疆極光便與一次地磁暴爆發(fā)密切相關(guān)。根據(jù)國家空間天氣監(jiān)測(cè)預(yù)警中心顯示，從 4 月 24 日凌晨 2 時(shí)到 8 時(shí)，發(fā)生了 kp 指數(shù)為 8 的特大地磁暴。
事實(shí)上，由于中國緯度相對(duì)較低，而且地球磁極在北美一側(cè)，即使是 kp 為 8 的地磁暴，也很難在中國地區(qū)引發(fā)極光現(xiàn)象。好巧不巧的是，引發(fā)這次地磁暴的日冕物質(zhì)拋射，是正對(duì)著地球而來的。這可真的是有備而來。
極光雖然美麗，但有句歌唱的很好：“最迷人的最危險(xiǎn)”。極光爆發(fā)的原因是高能帶電粒子，大量的高能例子進(jìn)入地球會(huì)造成人造地球衛(wèi)星通訊的失靈，地面通訊以及電力運(yùn)輸都會(huì)受到影響。其中地磁暴對(duì)空間衛(wèi)星的影響最為嚴(yán)重。受這次地磁暴影響，剛剛發(fā)射的風(fēng)云三號(hào) G 星就被迫進(jìn)行一些調(diào)整；2022 年 2 月，“星鏈”也曾因?yàn)樵庥龅卮疟p失了 40 顆衛(wèi)星。對(duì)于大部分地面設(shè)施來說，一般的地磁暴爆發(fā)影響并不嚴(yán)重，但是如果遇到特別嚴(yán)重的地磁暴，仍然會(huì)對(duì)日常生活造成一些影響，比如 1989 年 3 月加拿大魁北克地區(qū)因?yàn)榈卮疟╇娏χ袛嚅L達(dá) 9 個(gè)小時(shí)。
因此，極光不常光顧中國也是一件好事，當(dāng)中國大部分地區(qū)能夠看到極光的時(shí)候，這對(duì)整個(gè)地球來說并不是一件好事。比如 1859 年，河北地區(qū)都有了極光的記錄：“赤氣起于西北”，所謂赤氣就和這次新疆極光顏色是一樣的。這次極光影響的范圍不僅僅是延伸到了中國河北，連北緯二十度的夏威夷王國也看到了極光，格林尼治天文臺(tái)的地磁儀的指針甚至跳出了刻度范圍，放到今天說就叫爆表。這一過程稱之為“卡靈頓事件”。當(dāng)年電子設(shè)備并不多，如果放在今天，這一規(guī)模的地磁暴對(duì)地球造成的影響是災(zāi)難性的。2012 年 7 月，太陽再度拋射了與卡靈頓事件相當(dāng)?shù)娜彰嵛镔|(zhì)，幸好方向與地球位置有一些偏差，否則瑪雅人的預(yù)言真的在某種意義上要實(shí)現(xiàn)了。
雖然太陽活躍會(huì)對(duì)地球造成如此多的影響，但我們也不能期盼太陽活動(dòng)變?nèi)?。事?shí)上，太陽活動(dòng)只要稍微減弱，對(duì)人類生活的影響要比太陽活動(dòng)可能比活躍時(shí)候更大。比如著名的“蒙德極小期”，這一時(shí)期雖然仍有極光，但是太陽黑子幾乎不可見。相對(duì)應(yīng)的是，這一時(shí)期全世界冬季天氣異常嚴(yán)寒。進(jìn)一步的研究表明，太陽活動(dòng)極小值期的溫度距平在-0.5℃~-0.4℃。因此，每當(dāng)太陽活動(dòng)稍微減弱時(shí)，就有擔(dān)心地球進(jìn)入小冰期等言論出現(xiàn)。
不過極小期是否真的與地球溫度異常有關(guān)，目前仍然是個(gè)爭議的話題。但是太陽周期性活動(dòng)對(duì)地球能量收支、氣候變化、季風(fēng)與天氣等方面的影響已經(jīng)取得了豐碩的成果。我們還是期盼太陽就保持正常的活動(dòng)，安安靜靜地照亮地球就好了。
參考文獻(xiàn)：
丁一匯.太陽活動(dòng)對(duì)地球氣候和天氣的影響 [J].氣象，2019,45 (03):297-304.
本文來自微信公眾號(hào)：石頭科普工作室 （ID：Dr__Stone），作者：行思
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