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3月25日凌晨在黑龙江省讷河市拍摄的极光景象 新华社发 |
□克莉斯汀 最近，因为太阳活动频繁，引发的一场地磁暴从3月24日持续到3月26日，从相关数据来看虽已过高峰期，但关于“地磁暴”的话题仍持续火热，尤其是有些人还在为不用出国就能看到极光而感到幸运。 大家并不明白，“极光”与“地磁暴”到底有什么关系？“极光”又为什么会有五颜六色地呈现？ “地磁暴”与“极光”是两个概念 中国气象局发布的相关数据显示，从3月24日23时到3月25日23时的一天时间里，地球上就出现了3小时特大地磁暴、6小时中等地磁暴和3小时小地磁暴。从3月27日一整天的观测数据可见，地磁活动已基本上平静到微扰为主。 近年来地磁暴频发，去年11月30日至12月2日期间，也曾出现过连续数日的地磁暴。而这两次的地磁活动中，天文爱好者都在中国境内观测到了极光。 地磁暴其实是一种典型的太阳爆发活动。当太阳爆发时，会发生日冕物质抛射，数以亿吨计的太阳物质会以每秒数百到数千千米的高速度被抛离太阳表面，来到太空中，一部分会陆续来到地球，最终导致地球表面出现地磁暴——这些高能粒子进入地球磁场范围后，会使地球磁场压缩变形，引发一些磁场电流的变化，这些变化的电流又会在地球磁场中产生一些新出现的不断变化的磁场，这个过程轻微点的被称作“地磁扰动”，较强的则被称作“地磁暴”。 每次太阳爆发过程中，抛射出的太阳物质最先影响到地球活动的是由太阳耀斑发射的电磁波。它们在离开太阳后，仅需八分半钟后就能来到地球，其X射线和紫外线会迅速影响地球的电离层，扰乱我们的通信系统和定位服务；接下来的几十分钟至十几小时内，轮到大量高能质子到达地球，它们会阻碍地球表面的航空通信、卫星运行等活动；在一天到三天左右，由太阳物质组成的“云团”——主要由日冕物质组成——才到达地球表面，它们在与地球磁场产生碰撞、摩擦后，就会形成“极光”。 所以，地磁暴和极光应该说是两个概念，极光只是在地磁暴中产生的一类发光的空间天气现象。这里所说的“空间天气”并不只是简单的外太空的天气，它包括了发生在太阳表面、行星际，直到地球空间环境（磁层、电离层、热层和中高层大气）中，所有可能影响各种技术系统的正常运行和可靠性、危及人类的生命活动的天气条件或状态。太阳活动其实也是一种重要的“空间天气”。 极光好看，但同样会危机重重 我们都知道，太阳频繁活动也会影响地球上的各种相关活动。比如地磁暴可能会导致包括通信中断、导航失灵等问题；影响鸟类迁徙、植物生长等，甚至对海洋生态系统产生影响，引发海底电流变化，影响海洋生物的繁殖和生长；还可能对人类健康产生负面影响，导致人体神经系统紊乱、心血管系统疾病等，例如引发失眠、头痛、情绪波动等问题。所以科学家们积极、持续地努力研究和预测空间天气事件，就是为了尽量减轻太阳活动给地球带来的破坏。而目前来看，地磁暴的发生对公众日常生活的影响并不大，对航空和卫星轨道运行等方面的影响也都在可测可控范围内。 最近发生的地磁暴较为明显，主要是因为最近这一轮太阳日冕物质抛射过程发生的位置几乎是正对着地球，因此我们能观测到太阳出现了“全晕”的现象。而极光也因此出现得颇为频繁，甚至出现位置也不再只限于地球极地（这类发光现象通常集中出现在高纬度尤其是环绕磁极的“磁纬度”较高的地区，所以才被称作极光），在我国黑龙江、内蒙古、新疆等地均出现过极光活动，甚至在北京都有人清晰地目击到极光。 极光是高能量的带电粒子快速地与大气碰撞而产生的，越是大型的极光事件就越是伴随着大量的电流扰动以及大量的电磁扰动。所以，极光虽然好看，也一样危机重重。 我国北方看到的多是红色极光 从不同的照片中，我们发现，极光有各种各样的缤纷颜色，绿色、红色、紫色、蓝色、白色等，也因此更显“颜值”不俗。其实，极光不同的颜色与大气粒子的不同、所处空间高度不同以及发光过程不同都有关。 大气中最主要的两种成分是氧气和氮气，极光的颜色主要就来源于这两种气体。极光中的绿色光和红色光是由氧原子发出来的，当氧原子被激发到一定程度时再在较短时间（1秒内到数秒）内又恢复到基态时，它会发出绿色的光，通常会发生在离地球表面100-200千米的位置；当这一过程需要较长时间（数十秒到百余秒）恢复时，就会呈现红色光，所以红色极光通常在粒子密度更低、高度更高的层面（约200-350千米）较常见；而蓝色极光主要为氮原子激发后发出的光，但氮原子很难被激发，因此它出现的频率并不高。在我国北方看到的多是红色极光，主要是因为能看到的极光本身存在的位置较高。 其实我国很早就有相关极光的文字记录。据说《古本竹书纪年》中记载：“黄帝轩辕氏，母曰附宝，见大电绕北斗枢星，光照郊野，感而孕。”说黄帝的母亲在郊外散步时看到突然间光照郊野，整个大地都亮起来，然后就怀孕了；屈原在《天问》一书中也曾写道：“日安不到，烛龙何照。”意思是说，太阳光照射不到的时候，烛龙是怎么亮起来的？他形容的“烛龙”应该就是我们现在看到的极光的样子。我国近代历史上，还有一段记载于《栾城县志》上的内容，讲：“赤气起于西北，亘于东北，平明始灭。”栾城即今天河北石家庄的栾城区，这段记载是说当时大气中有红色发光气体从西北开始一直延伸到了东北，直到快接近早晨时才开始灭下来。从时间上来看，这次的极光现象应该就是当时同样被英国业余天文学家理查德·卡灵顿观测太阳时看到的极光，即“卡灵顿事件”，大约发生在1859年9月1日。
