□ 韩大洋

    12月1日至2日，受太阳日冕物质抛射（CME）爆发的影响，地球出现3小时全球磁场指数（Kp）为7的大地磁暴，3小时Kp为6的中等地磁暴，以及9小时Kp等于5的小地磁暴。

    伴随地磁暴的发生，我国黑龙江漠河、大庆，内蒙古、新疆等地均出现了极光，甚至是北京此次都有清晰的极光目击和观测记录。

    那么，到底什么是地磁暴？它是如何产生的？极光与它有什么联系？

    什么是地磁暴？

    地球内部熔融状态的金属铁、镍构成了地球的核心，它们在5000℃以上的高温下不断运动，从而形成了地球稳定的磁场环境。

    而距离我们1.5亿千米的太阳，作为太阳系最大的天体同样拥有着磁场，且其强度比地球磁场高出千倍。当太阳黑子爆发形成日冕物质抛射，或是暗条日珥在极高的磁场能推动下飞离太阳，这些喷发物就构成了巨大的磁云“炮弹”，一旦命中地球，就会造成地球磁场在大小和方向上发生快速的变化，当这种变化达到一定程度时我们就说发生了地磁暴。

    地磁暴是如何产生的？

    在国际上，用Kp指数来描述地磁活动的大小，即全球磁场指数，Kp指数是将全球13个地磁台站的数据经过整合处理后得出的一个数值，从0到9，并且从1开始，每一个数字对应本身以及“+”“-”共三个分级，从而将地磁活动等级划分为28个，数字越大，代表着地磁活动的强度也越高。

    以12月1日发生的大地磁暴为例，起因便是11月28日、29日太阳爆发的三次CME，数亿吨甚至数万亿吨的日冕物质在磁场的驱动下，被加速到每秒数百千米的高速，从而形成类似爆炸的冲击波，它快速传递到太阳系的各地。当这些太阳物质中的高能带电粒子“撞上”地球时，地球磁场第一个做出了反应——地磁暴发生。

    值得一提的是，地磁暴的“暴”没有火字旁，也就是说它和大家日常比较熟悉的爆炸、爆燃，以及爆米花都不搭边。所以，今后我们听到“地磁暴”三个字时不必惊慌，先看看它的磁暴等级是多少。

    地磁暴或对航天航空、地面能源管网等造成一定影响

    地磁暴的发生是全球性的。纬度越高、越是靠近极区的地方，地磁场变化的数值越大。而地球的空间结构和人类现有的主要高科技系统，决定了受地磁暴影响的有航天、航空、通讯、导航、地面能源管网，以及生物地磁导航等几大领域。

    在航天领域，由于地磁暴发生时会对地球低层大气产生加热作用，受到加热温度升高的气体会运动地更快，从而造成大气体积的整体膨胀；再加上这些大气由于地面的限制，只能向上膨胀，所以，原本极为稀薄的高空大气，就在不断地“补给”过程中密度升高。这就给高速飞行的低轨卫星、空间站造成了额外的飞行阻力，也就是大气拖曳作用，它会降低飞行器的速度和轨道高度。比如，2022年2月发射的49颗星链卫星，就因地磁暴造成的轨道大气密度升高入轨失败，最终38颗卫星坠入大气烧毁。

    对于民航领域，地磁暴的影响主要集中在通讯和航空辐射。带电粒子的轰击使得南北极区上空的电离层出现巨大变化。在跨极区飞行的国际航班上，飞行员与地面台站通话所使用的短波信号会被其吸收，严重影响通话质量，极端情况下会造成失联。另外，航空辐射则会在地磁暴期间较平时有所升高，影响最大的还是跨极区飞行，辐射剂量较日常会提升数倍甚至更多。

    在能源管网领域，地磁暴时变化的磁力线，会作用在金属管线之上，从而形成巨大的感应电流，威胁设备安全。如在1989年3月，地磁暴造成加拿大魁北克地区的输变电站内一台主变压器被烧毁，整个地区近600万人无电可用，而大停电持续了近10个小时。

    但是对于公众来说，除了信鸽玩家和极光爱好者两个群体，地磁暴是没有直接影响的。信鸽借助太阳和地磁场进行远距离飞行导航，能够从数百千米之外的地方回到鸽巢，但地磁暴的发生打破了原有的导航信息，极可能造成信鸽迷航。所以在12月1日、2日两天里，有的信鸽比赛归巢率还不到20%。但极光爱好者们就完全不一样了，面对发生在我国多地的极光秀，大家都震惊了——以往这些，几乎要飞行四分之一个地球才能看到，现在国内就可以见到了。

    ［作者系国家卫星气象中心（国家空间天气监测预警中心）工程师］