12月1日晚，漠河、內(nèi)蒙古等多地甚至北京的夜空中出現(xiàn)極光，天文愛好者們通過中國氣象局的國家國家空間天氣監(jiān)測(cè)預(yù)警中心11月30日發(fā)布的預(yù)報(bào)，拍攝的極光照片刷屏網(wǎng)絡(luò)，北京極光迅速成為熱點(diǎn)。
北京極光 圖片來源：浦石
聽到“空間天氣”，多數(shù)人會(huì)感到陌生，這里的空間范圍可不是簡(jiǎn)單的外太空。空間天氣其實(shí)是發(fā)生在太陽表面、行星際直到地球空間環(huán)境（磁層、電離層、熱層和中高層大氣）中，可影響天基和地基的技術(shù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行和可靠性，危及人類的活動(dòng)、健康和生命的條件或狀態(tài)。[1]其中最重要的空間天氣是太陽活動(dòng)。
極光是地球收到來自太陽的第三次“快遞”。太陽風(fēng)暴爆發(fā)時(shí)，會(huì)對(duì)地球發(fā)送三次“快遞”。第一次“快遞”是由耀斑發(fā)射的電磁波，與日光到達(dá)地球一樣，以約 3x108m/s 的速度在太空中穿行，僅需八分半鐘后送至地球。其中的X 射線和紫外線會(huì)影響地球的電離層，擾亂通訊系統(tǒng)和定位服務(wù)。第二次“快遞”是高能質(zhì)子相攜而來，在幾十分鐘至十幾小時(shí)后到達(dá)地球。引起電離層 D 區(qū)吸收，阻礙航空通信、衛(wèi)星運(yùn)行等。
第三次“快遞”則是由太陽物質(zhì)組成的云團(tuán)，向宇宙四處拋射的日冕物 質(zhì)，其中一部分會(huì)在約兩三天后才會(huì)到達(dá)地球。大量日冕物質(zhì)以高速在宇宙中穿行，配送快遞。送達(dá)地球后，與地球磁場(chǎng)產(chǎn)生“摩擦”，形成地磁暴，在大氣中則進(jìn)行“包裝”，便產(chǎn)生了極光。
SOHO 衛(wèi)星攜帶的日冕儀拍攝的日冕物質(zhì)拋射過程 圖片來源：中國天氣網(wǎng)
國家空間天氣監(jiān)測(cè)預(yù)警中心觀測(cè)到 11 月 27 日的 5 時(shí)、21 時(shí)、22 時(shí)和 11 月 28 日 20 時(shí)左右的四次爆發(fā)日冕物質(zhì)拋射，27 日三次日冕爆發(fā)強(qiáng)度雖弱但時(shí)間集中，最后一次爆發(fā)強(qiáng)度最大，并形成了近似球形的噴射面。日冕拋射的帶電等離子通常兩三天后 “襲擊”地球，因此國家空間天氣監(jiān)測(cè)預(yù)警中心預(yù)測(cè)11 月 30 日將會(huì)發(fā)生一次小型地磁暴，預(yù)測(cè) 12 月 1 日會(huì)發(fā)生大型地磁暴，并可能會(huì)持續(xù)到次日。
同時(shí)發(fā)布我國黑龍江和新疆的部分地區(qū)有機(jī)會(huì)見到紅色甚至是綠色的極光的預(yù)報(bào)。但顯然北京部分地區(qū)出現(xiàn)的極光似乎是預(yù)報(bào)之外的情況。
北京地區(qū)此次極光是由于目前處在第二十五太陽活動(dòng)周的末期，太陽活動(dòng)強(qiáng)度即將到達(dá)頂峰導(dǎo)致。太陽活動(dòng)越劇烈，所拋出的物質(zhì)威力越巨大，能夠沖破重重阻礙，到達(dá)緯度更低的地區(qū)，因此在高緯度地區(qū)才有機(jī)會(huì)見到的極光也會(huì)出現(xiàn)在北京地區(qū)，同樣可以解釋在極光罕見的我國本年來頻繁出現(xiàn)極光的原因。
原有研究表明 2025年太陽活動(dòng)到達(dá)頂峰，但就目前觀測(cè)具體數(shù)據(jù)而言，太陽活動(dòng)會(huì)提前至 2024年到達(dá)頂峰，將會(huì)是極光最佳觀測(cè)年。
美國與我國緯度相當(dāng)?shù)牡貐^(qū)極光會(huì)出現(xiàn)地更加頻繁，這是由于地球磁場(chǎng)的磁極兩端并不是與地球的自轉(zhuǎn)軸完全吻合的。相對(duì)于自轉(zhuǎn)軸而言，磁場(chǎng)在北半球會(huì)向西半球偏轉(zhuǎn)。因此同處于北半球，中美在緯度相當(dāng)?shù)牡貐^(qū)，美國可見極光的概率更大。
圖片來源：空間天氣
絢麗的極光背后實(shí)則危機(jī)重重，太陽的運(yùn)動(dòng)看似與我們相去甚遠(yuǎn)，實(shí)際 上，無時(shí)無刻不在影響著我們的生活，在歷史上曾發(fā)生多例擾亂人類正常生活秩序的事件，即空間災(zāi)害。
1989 年 3 月處于太陽活動(dòng)高峰期，爆發(fā)高強(qiáng)度的日冕拋射，地球強(qiáng)大地磁暴產(chǎn)生了巨大的感生電流，對(duì)全球各地的供電系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊。加拿大魁北克省情況最嚴(yán)重，電網(wǎng)全面癱瘓，600 萬戶居民身處黑暗，大多數(shù)地區(qū) 9 小時(shí)后恢復(fù)了供電，但部分地區(qū)甚至數(shù)日的夜晚仍在黑暗中度過。與此同時(shí)，美國和日本也面臨供電系統(tǒng)變壓器被燒毀的現(xiàn)象，瑞典則是出現(xiàn)電路跳閘的情況。
太陽運(yùn)動(dòng)會(huì)直接影響到太空中的高科技設(shè)備，尤其是對(duì)于人造衛(wèi)星的運(yùn)行造成破壞，曾發(fā)生多起損毀人造衛(wèi)星的事件。
1990 年 11 月初，僅工作了兩個(gè)月的風(fēng)云衛(wèi)星 B 便受到太陽爆發(fā)的高能粒子流的影響,導(dǎo)致控制其姿態(tài)的計(jì)算機(jī)程序出現(xiàn)混亂的狀態(tài)，衛(wèi)星發(fā)生翻轉(zhuǎn)，經(jīng)修整后衛(wèi)星繼續(xù)正常運(yùn)行。次年 2 月 14 日衛(wèi)星姿態(tài)再次受太陽活動(dòng)影響發(fā)生翻轉(zhuǎn)，但由于未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)與補(bǔ)救，風(fēng)云衛(wèi)星 B 徹底無法運(yùn)行。
2000 年 7 月 14 日發(fā)生了“巴士底日事件”，致使多顆人造衛(wèi)星出現(xiàn)圖像分辨率降低、數(shù)據(jù)丟失和空間站軌道下降等情況。日本的 ASCA 衛(wèi)星甚至墜入地球大氣層燒毀。
同時(shí)太陽的活動(dòng)與人體健康也密不可分，研究證明，部分傳染病、皮膚病和心腦血管疾病等的發(fā)病率都與太陽活動(dòng)的強(qiáng)度有關(guān)，太陽活動(dòng)越劇烈，發(fā)病率越高。
為了減輕太陽活動(dòng)的帶來的破壞，我國科學(xué)家們持續(xù)努力研究和預(yù)測(cè)空間天氣事件。這包括使用衛(wèi)星和其他觀測(cè)設(shè)備來監(jiān)測(cè)太陽活動(dòng)和空間天氣條件， 以及開發(fā)預(yù)測(cè)模型和算法來預(yù)測(cè)空間天氣事件，尤其是對(duì)于航空航天事業(yè)的發(fā)展助益頗多，其中代表就是國家空間天氣監(jiān)測(cè)預(yù)警中心。
國家空間天氣監(jiān)測(cè)預(yù)警中心為航行中的飛機(jī)與地面保持聯(lián)絡(luò)提供保障；為飛機(jī)航行提供極大便利；為空乘人員和乘客們降低生命安全威脅；為航天器的成功發(fā)射及其有序運(yùn)行保駕護(hù)航。
風(fēng)云三號(hào) E 星太陽極紫外波段監(jiān)測(cè)圖 圖片來源：空間天氣
參考文獻(xiàn)：
[1]中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì).地球物理學(xué)學(xué)科發(fā)展報(bào)告[M].北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社,2009：31.
作者：李蓓蓓 科技史與氣象文明研究院 副教授
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