日前中国气象局发布大地磁暴预警，预测3月24日、25日和26日三天可能出现地磁活动。地磁暴是啥？对人类活动会产生哪些影响？

 

地磁暴是什么

地磁暴是地球磁场全球性的剧烈扰动现象，是一种典型的太阳爆发活动。引起地磁暴的主要是太阳爆发活动中发生的日冕物质抛射（CME），一次抛射可将数以亿吨计的携带强大磁场能的太阳物质，以每秒数百到数千米的高速抛离太阳表面，它们一旦命中地球，就会引发地磁场方向与大小的变化。一般来说，越正对着地球、速度越快的日冕物质抛射，就会产生越强烈的地磁暴。
 

地磁暴时太阳高能粒子流对地球周边区域/地磁场相互作用的示意图。来源：科普中国

太阳活动存在周期性，大约11年一个周期。从2019年12月开始，我们进入有记录以来的第25个太阳活动周期。在这个周期中，太阳活动明显增强，规模较大的日冕物质抛射、X级太阳耀斑等强爆发事件时有发生，较为轻微的地磁扰动以及更为强烈的地磁暴频率亦因此上升。

引起地磁暴的重要元凶
      能够引起地磁暴的重要元凶包括“太阳耀斑”和“爆炸日珥”。太阳耀斑，是指太阳大气层中突然增亮的现象，一般它也伴随着大量的能量释放，这个能量大概相当于几千亿颗氢弹同时爆炸的能量。但就像地球上 “干打雷、不下雨”的现象一样，耀斑和日冕物质抛射并不一定同时出现。
虽然太阳耀斑爆发不罕见，但是出现X级的耀斑却并不多。人们根据耀斑爆发过程中所释放的X射线强度峰值来描述耀斑的大小，目前主要分为A、B、C、M、X共五个级别，每个级别之间能量相差十倍。 A、B、C级都属于小耀斑，M级为中等强度，当达到M5级时，空间天气预报人员就要关注可能出现的效应事件，X级算做正儿八经的大耀斑。
 

本次中国气象局发布的大地磁暴预警，主要由于前几天太阳爆发大耀斑，耀斑峰值强度为X1.1级，而且，这场爆发还有另一个特别之处：由两个活动区共同完成的“双重奏”，且引起的日冕物质抛射过程发生的位置几乎正对地球。从地球看去，喷发物形成一个圆面，也就是“全晕”。此类爆发活动喷出的太阳物质相对地球速度快、覆盖度高，可能会引起比较强的地磁活动。

有记录以来最大的太阳耀斑爆发在2003年10月底，级别达到X28，致使瑞典南部的5万户居民短暂失去电力供应。
 

日珥，则是从太阳表面向外延伸的大型等离子体和磁场结构，通常呈环形，可以向外延伸到日冕。日珥分宁静日珥、活动日珥和爆发日珥三类，通常对人类没有什么影响，但日珥中的“爆发日珥”则不然，因为它们可能会引发“日冕物质抛射”。据统计，所有的爆发日珥中，大约70%的爆发日珥与日冕物质抛射有关。

地磁暴对我们有何影响

很多人担心，地磁暴是否会影响人类健康和安全。中国科学院国家空间科学中心研究员刘勇表示，地磁暴通常对人体健康没有影响。“地磁暴对身体和航空出行不会有什么影响，虽然会对电子通信产品有一定的干扰，但影响都是非常小的，也有应对措施。”清华大学天文系副教授蔡峥则表示，地磁暴更多影响是对在国际空间站等环境中工作的宇航员。磁暴期间辐射增加，宇航员通常需要采取额外的防护措施。
人们对地磁暴最直观的感受，就是它所带来的极光。极光常见于地球南北极等高纬度地区，据国家空间天气监测预警中心工程师韩大洋解释，“极光的发生范围与地磁暴强度存在对应关系。对于北半球而言，地磁暴越强，极光发生的范围就会越往南扩，如果足够强的话，就可能在我国夜空出现极光。”
就在3月25日凌晨，我国内蒙古根河市已经可以看见此次地磁暴活动引起的极光。
 

去年11月30日，中国气象局国家空间天气监测预警中心发布大地磁暴预警，预报称2023年11月30日、12月1日、2日可能出现地磁暴活动。受地磁暴影响，12月1日，北京、黑龙江、内蒙古呼伦贝尔等多地出现了极光现象。

除了美丽的极光，地磁暴也隐藏着“危险”。它可能会影响无线电波的传播，从而干扰地面通信和卫星信号，这可能影响导航卫星系统的精确度，以及手机和卫星电视的信号质量。
同时，强烈的磁暴可能会对电力传输系统产生影响，在输电线路上形成强烈的磁暴感应电流，这种感应电流导致变压器过载，严重情况下甚至会损坏输电设备。1989年，加拿大魁北克地区电网的核心变压器被地磁感应电流烧毁，导致该地区大规模断电。
地磁暴带来的高能粒子流和地磁扰动对空间站、卫星的电气元件工作、飞行姿态等产生影响。甚至对于部分低轨道航天器而言，地磁扰动会引起大气密度变化、大气阻力增加形成了“飞行速度减慢——高度降低——阻力更大——进一步减速——高度更快降低”的恶性循环，给航天器安全造成极大威胁。2022年2月，受地磁暴影响，多颗美国星链卫星未能按照计划进入预定轨道。当时发生了两次地磁暴，刚发射升空的星链卫星还没来得及“舒展筋骨”，就被各种微粒“撞晕”了。
强烈的地磁活动也可能会影响动物的迁徙和导航能力。“对于借助太阳和地磁导航的信鸽而言，地磁暴带来的影响是巨大的。”韩大洋介绍，去年12月初爆发的地磁暴给信鸽归巢制造了不小的麻烦，甚至有的赛鸽俱乐部当天的归巢率只有百分之十几。

地磁暴可提前预报
      由于地磁暴带来的种种影响，预测地磁暴、观测太阳活动就显得尤为重要。2021年，我国发射了首颗太阳探测试验卫星——“羲和号”，可用于观测太阳大气活动、对地磁暴进行预警，以便及时做好预防措施。2022年，“羲和号”第一次成功扫描了太阳Hɑ波段光谱。目前，“羲和号”每扫描一次太阳全日面只需要46秒，效率很高。
 

据了解，目前我国已形成规范化、定量化的空间天气监测预报预警业务，空间天气预报准确率处于国际先进水平。2023年，空间天气预警还加入了国家突发事件预警发布体系，并在当年3月1日通过国家突发事件预警信息发布平台首次发布太阳耀斑的信息提示。

如何防范地磁暴风险
      由于地磁暴对地球空间环境、通讯、自然生态都存在一定的影响，因此在地磁暴期间，我们需要知道并需要侧重注意以下几个方面：
首先要尽量减少户外活动，特别是避免在恶劣天气下出行。
其次，要关闭不必要的电子设备，尤其是高功率电器，以避免设备损坏或引发火灾。地磁暴可能对电力系统和通信设备造成干扰或损坏，因此减少使用这些设备可以减少潜在的风险。
第三，对于重要设备和基础设施，如电力系统、通信系统等，需要进行特殊的防护措施。
另外，地磁暴还可能对导航系统产生干扰，导致定位不准确或信号中断。因此，在驾驶或进行其他需要导航的活动时，应尽量减少对GPS等导航系统的依赖，并备好地图作为备选方案。