多地拍到极光！磁暴会对人体健康有影响吗？

liukang20242个月前 (04-26)热心吃瓜649

极光，在一般人形象里好像都是到南北极邻近才干看到，但就在12月1日晚上，我国多地都传来了观测到极光的音讯。

不只纬度较高的东北多地，乃至在河北的承德、张家口的山区天文台、北京北部山区都瞥见了极光的疾驰旋舞，“北京极光”论题也一度攀登上热搜。

12月1日网友拍摄到的北京极光。图片来历于微博

大部分区域所见的极光都呈现绚烂的赤色，但在偏北的漠河等地还能看到绿色极光的明灭。图片来历：漠河市委宣传部

尽管本轮极光活动现已完毕，咱们仍然能够借着这一稀有现象，来聊聊极光与地磁暴～

呼喊洪荒的太阳风：极光与地磁暴的发生

1极光是什么

极光是一类发光的空间气候现象。很多来自太阳的高能带电粒子流(也称作太阳风)在进入地球磁场后，大都被磁力线会集偏转到磁极周边并下落，当它们与高层大气(100千米或以上)的粒子磕碰后，大气粒子取得能量而被激起或被电，当这些粒子回复到初始基态或复合为中性粒子时，部分开释的能量会以可见光方法宣布。

因为当时磁极也均坐落地舆上的南北南北极邻近，因此这类发光现象会集在高纬度区域(尤其是盘绕磁极的“磁纬度”较高区域，这儿也被称作极光带)，极光也因此得名。

太阳高能粒子流(太阳风)对地球周边区域/地磁场相互作用的示意图

2为什么极光会有不同的色彩?

极光的缤纷色彩与不同的大气粒子和发光进程有关，也处在不同的高度。

如最常见的绿色极光，是氧原子被激起到激起态后，较短时刻(1秒内到数秒)回复到基态时宣布的光，一般在100～200千米高;而赤色极光相同是激起态氧原子回复后的发光，但这一进程需求较长时刻(数十秒到百余秒)，其间一旦与其它粒子磕碰将丢失这部分能量而无法发光，因此赤色极光最首要在粒子密度更低、高度更高的层面相对常见(约200～350千米)。

一般而言，因为高空能发光粒子较为淡薄，赤色极光的强度相较绿色极光偏弱，但因为极光带在我国以北数百千米乃至更远，我国北方能看到的极光高度角都较低，加之地球表面的弧度、地势等遮挡，因此关于我国北方等中纬度区域，反而高度较高、强度相对较弱的赤色极光更简单被看到。

此外，蓝色为氮原子激起/电离后宣布的光，但氮原子更难被激起电离，它呈现的频率也不如红/绿色极光高。

极光高度和色彩的联系，以及我国在内的中纬度区域可视规划示意图。图片来历：我国国家地舆

3地磁暴是什么

而这来自太阳的高能带电粒子流首要起源自太阳大气最外层——日冕层。日冕层温度极高的一起物质极端淡薄，此刻物质以带电的等离子体方法存在。一般情况下，这些带电粒子被关闭的太阳磁场所捆绑，难以成规划地逃离，但有两类情况下，它们会顺畅喷薄而出：

一是日冕存在较安稳(继续数日)的特定结构，如冕洞这类温度较低、磁场线较为敞开的结构，带电粒子流会在这儿成功逃脱太阳磁场捆绑，构成冕洞高速流;

而比其更为剧烈的，则是激烈太阳活动(包含但不限于耀斑迸发)引发的反常磁场扰动，导致磁力线呈现部分敞开，此刻这些“磁场缺口”处更简单呈现带电粒子流的快速喷薄而出，并构成日冕物质抛射(CME)事情——后者往往会引发更显着地磁暴。

当时太阳的远紫外线波段影像图。图中右下部分的暗色区域正是温度较低、磁力线较为敞开的冕洞，它对高能带电粒子流的发生和最近的地磁暴与极光活动有必定奉献。图片来历：美国航天局(NASA)部属太阳动力学天文台(SDO)

当CME对应的高能粒子流进入地球磁场规划后，会使地磁场紧缩变形，并将很多带电粒子注入磁层区域，引发磁层环电流急剧改变;而因为改变的电流会发生改变的磁场，这一部分带电粒子流会给地磁场额定附加一部分感应磁场，这额定附加的部分就被称作地磁扰动，其间较强者会称作地磁暴。

所以地磁暴和极光是这些太阳高能粒子流影响的双面，能够通过监测地磁暴事情的强度预告极光的强度。

一般而言，越正对地球、速度越快的CME，会发生越激烈的地磁暴;而CME也具有不同形状，一般以CME两头夹角衡量，彻底成环(360°)者被称作晕状CME——这类一般是正对地球、速度极快的CME事情，往往会引发强地磁暴事情。

这次极光与大地磁暴事情的源头，正是北京时刻11月29日清晨，由一次太阳耀斑迸发引发、面向地球的晕状CME事情。尽管这次CME事情对应的太阳耀斑事情不强(仅为M9.9级)，但因为特别的晕状结构，也在12月1日抵达地球时形成了大磁暴事情。

北京时刻11月29日清晨的晕状CME事情记载

美国空间气候猜测中心(SWPC)的CME模型图，上半部分为高能等离子体密度，下半部分为粒子流径向速度。左边图中，黄道极坐标平面中心黄点为太阳，右侧绿点为地球，其他二者为勘探卫星。图片来历：SWPC

电·磁·光的交错：地磁暴对日子的影响

地磁暴除了直接反映地磁场的剧烈扰动，也代表着高能粒子流冲击地球高层大气。

在本次这类大地磁暴活动时，磁极邻近的高纬度区域地面会因为磁场的快速改变进一步激起感应电流，并对当地电网等发生必定搅扰，此外高纬度区域地磁导航、卫星导航和低频无线电波导航等方法也会遭到显着搅扰。

因为高能带电粒子流增强，部分带电粒子会深化极地平流层而让这一层面电离辐射增强，对通过极区域域的航班飞翔也稍有影响。而依据研讨数据汇总而看，单次极地航班飞翔时遭受的剂量为2.5～4μSv/h(上限在太阳活动顶峰时到达)，尽管这是天然本底辐射(约0.2μSv/h)的12～20倍，但假如仅仅作为一般乘客的每年数次飞翔，即便时刻较长、在太阳活动顶峰期间飞翔，也远低于安全电离辐射剂量阈值(主张一般大众为每年1000μSv，而作业作业者为每年20000μSv)，不会形成显着影响，但关于终年作业在极地航线的机组乘务人员，部分研讨以为总辐射剂量或许挨近安全阈值，也需求更多研讨承认。

在大气层之外，高能粒子流和地磁扰动相同对空间站、卫星的电气元件作业、飞翔姿势等发生影响，在轨航天员需求留意。乃至关于部分低轨迹航天器而言，因为运转区域大气密度稍大，地磁暴期间或许呈现大气密度进一步升高而阻力增大，影响航天器轨迹改变乃至提早掉落，这些都需求防备。

而以本次大地磁暴等级的事情，关于包含我国在内的中纬度区域日常日子，如电子器件、通讯、飞翔航班等，都不会形成任何显着影响。周日曾传出当日上午东航MU721航班飞翔毛病，过后也证实为发动机叶片本身毛病，而非早已在周六完毕的地磁暴事情所形成的。事实上，本年至今已发生了7次(部分材料为8次)大地磁暴事情，乃至3月24日、4月24日两次到达了更强一级的特大地磁暴，但也未对绝大大都区域日常日子形成影响。

本年以来Kp指数的逐日演化，赤色为大地磁暴或更强等级。图片来历：德国地球科学研讨中心

关于更多一般人而言，较强地磁暴的最直观体会，则是在高纬度区域(精确而言，是磁极周边的磁纬度较高区域)更或许看到绚烂极光，且跟着高能粒子流向赤道方向扩张，不少中纬度区域，包含我国北部也能看到极光。仅仅前文现已提及，我国北方的极光视角较低且较为昏暗，必须在满足空阔、能避开乡镇灯等光污染区域，假如纬度不够高，在乡镇里是很难见到的。

为什么本年在漠河以南区域频频见到极光

不过假如留意到磁极与磁纬度散布图会发现，当时大都模型图里磁极是倾向北美一侧，我国比较国际同地舆纬度区域磁纬度偏低，理应更难看到极光(曩昔数十年的强极光事情确实如此);但为何本年在漠河在内的东北区域北部、新疆北部(乃至更靠南的区域)等地已频频见到极光?

当时通用的地磁纬度模型

这个现象确实值得重视。因为该现象是最近数年才呈现，而现在没有有体系性研讨;这儿仅结合部分文献研讨(Chulliat et al.2010;Livermore et al.2020;)给出一个不谨慎的猜测：这或许和西伯利亚一带地磁场的增强有关。

地磁场是适当杂乱的体系，其间最大的重量，是高中物理曾介绍过的偶极磁场(约占整体地磁场强度的90%)，它如条形磁铁般呈现半球对称散布，磁极别离坐落地舆南北极邻近且关于地心对称。

但除此之外，各地还有一些局地的磁场，部分假说以为是由地球外核-下地幔之间的环流驱动，类似于大气层里的局地环流圈。

所以，首要的磁极也有两种：一种是“总地磁极”(Magnetic Pole)，它是通过实测承认的、地磁场线方向垂直于地表且磁场强度水平重量为0的两个点，能够代表整体磁场的特征。而另一种，则是前文提及、最首要的偶极磁场磁极(Geomagnetic Pole)，它是实践地磁场通过打开分化得到，它的磁极就关于地心对称。

在2020年发布的国际地磁图上，亚洲一侧已呈现总磁场强度显着增强的趋势。结合总地磁极正在快速向西伯利亚方向移动，而偶极磁场磁极相对安稳，仍然在加拿大北极群岛一带，标明这或许正是一个由西伯利亚深处核幔鸿沟对流所引起的非偶极子重量发生改变，并导致西伯利亚和东北亚更简单看到极光的原因——当然，这些仅为很开始、不谨慎的猜测，需求后续专业研讨的承认。

全球地磁场强度在2015-2020年间的年改变散布(单位：nT/a)，正值(红线)为增强，负值(蓝线)为削弱。图片来历：国际地磁地图(2020版)

北极邻近的总磁极(绿线)和偶极磁场磁极(红线)在1900年以来的移动(2025年的方位为猜测成果)。图片来历：京都大学

而在当时，太阳活动第25周期仍在增强，估计在2024年到2025年头迈向活动峰值。或许咱们也将在未来一两年里，在我国的北境看到更多绚烂的极光旋舞明灭。

2012年以来，每月太阳黑子数的改变(折线)、早前猜测的均值(红线)与1倍标准差的差错规划(灰色暗影，但现在看来猜测比实践情况显着偏低了……)图片来历：SWPC

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