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和地磁暴有关?睡不着、起不来床、不想上班……在线等,挺急的!

医学科普

2024-05-11      

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地磁暴又又又又又又又又又又上热搜了,起因是最近太阳又接连爆发几个X级强耀斑。据国家空间天气监测预警中心消息,国家空间天气监测预警中心5月11日9时发布地磁暴红色预警:北京时间2024年5月10日23时起发生地磁暴,最大级别达到超大地磁暴(Kp=9)水平,预计未来24小时,磁暴过程仍将持续,后续仍可能发生大地磁暴。


通过微博平台的情绪分析,相关搜索里,近6成受众情绪是“恐惧”。大家担心的内容包括但不限于:地磁暴可能引起头疼、睡不着、起不来床、不想上班、头晕恶心、情绪差、很困……

先别慌也别怕,一起来了解下,地磁暴到底是啥?

本文综合自微信公众号“中国气象”“中国天气网”“国家空间科学中心”“北京日报”“科普中国”。


1
频上热搜!啥是“地磁暴”


地磁暴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,一次抛射能将数以亿吨计的太阳物质以数百到数千米每秒的高速抛离太阳表面。

这来自太阳的高能带电粒子流主要起源自太阳大气最外层——日冕层。日冕层温度极高的同时物质极其稀薄,此时物质以带电的等离子体形式存在。通常情况下,这些带电粒子被封闭的太阳磁场所束缚,难以成规模地逃离,但在两类情况下,它们会顺利喷薄而出:
一是日冕存在较稳定(持续数日)的特定结构,如冕洞这类温度较低、磁场线较为开放的结构,带电粒子流会在这里成功逃脱太阳磁场束缚,形成冕洞高速流;
而比其更为剧烈的,则是强烈太阳活动(包括但不限于耀斑爆发)引发的异常磁场扰动,导致磁力线出现局部开放,此时这些“磁场缺口”处更容易出现带电粒子流的快速喷薄而出,并形成日冕物质抛射(CME)事件——后者往往会引发更显著的磁暴。
当CME对应的高能粒子流进入地球磁场范围后,会使地磁场压缩变形,并将大量带电粒子注入磁层区域,引发磁层环电流急剧变化;而由于变化的电流会产生变化的磁场,这一部分带电粒子流会给地磁场额外附加一部分感应磁场,这额外附加的部分就被称作地磁扰动,其中较强者会称作地磁暴。

5月8-9日观测到的多个全晕CME(SOHO卫星观测)来源:中国科学院国家空间科学中心


地磁暴的强度划分主要依据特定的地磁指数来进行。这些指数能够反映地磁活动的剧烈程度,从而帮助我们了解地磁暴的强度等级。

具体来说,常用的地磁指数包括Dst指数和Kp指数。Dst指数,即地磁扰动指数,是测量太空天气条件的重要指标,它通过测量地球磁场水平分量的变化来反映地磁暴的强度。而Kp指数,即全球磁场指数,则反映了每三小时地球磁场活动的情况,数值越大,对应的地磁活动越强。

根据Dst指数的变化,地磁暴的强度可以分为五个级别:小磁暴、中等磁暴、大磁暴、特大磁暴和超大磁暴。同时,Kp指数也用于划分地磁暴的强度等级。根据Kp指数的变化,可以将地磁活动分为平静、不平静、活动、小、大、强烈等不同等级

研究发现,大约每11年,太阳活动就会由高峰进入低谷再返回到高峰,从未停止过。而在每一个周期内,太阳都会爆发几次强太阳风暴,随之而来的是超级耀斑和几十次强地磁暴。

而今年,正是太阳活动大年,根据国家卫星气象中心(国家空间天气监测预警中心)的统计,2月份开始,已发生12次地磁暴,其中11次都和太阳活动有关。最近更是连续出现太阳爆发活动,以太阳耀斑活动为主,其中5月3-7日下午,强度达到M级的中级耀斑22次,达到X级的大耀斑4次。

这也是今年以来频频有“地磁暴”上热搜的原因。另一个原因是,近年来,我国空天一体化监测站网不断完善,空间天气监测预报预警能力不断提升,对空间天气事件的预测预报更加精准、精细,监测产品对极光观测等助力明显,公众对空间天气事件的认识和关注度与日俱增。国家空间天气监测预警中心空间天气技术研发室主任宗位国曾对此解释

5月10日X3.9级大耀斑(SDO卫星监测,世界时)。来源:中国科学院国家空间科学中心


2
地磁暴的著名副产品一一极光


有网友说,“可以去追极光了”,没错,极光其实就是地磁暴可视化的表现。极光是地面上能用肉眼看到的、由太阳风与磁层相互作用产生的一种自然现象。在地球磁场和大气的共同作用下,一场极光盛宴如期而至,黑龙江漠河和新疆部分地区全都出现了绚丽的极光。

极光是如何发生的?

当日冕物质携带着太阳的能量与地球相遇后,其中一部分会随着地球磁场进入两极,并与距离地面一百到四百千米高的大气层发生撞击,撞击的过程伴随着能量交换,这些能量在被大气原子与分子的核外电子吸收之后,又快速得到释放,释放的结果就是产生发光。

太阳风暴撞上地球磁场后,磁圈也发生了变形,一部分带电粒子从地球两极的磁场“开口进入大气层,就会激发绚烂的极光。来源:中国科普博览


由于当前磁极也均位于地理上的南北两极附近,因而这类发光现象集中在高纬度地区(尤其是环绕磁极的“磁纬度”较高地区,这里也被称作极光带),极光也因此得名。

而极光的缤纷颜色与不同的大气粒子和发光过程有关,也处在不同的高度。
如最常见的绿色极光,是氧原子被激发到激发态后,较短时间(1秒内到数秒)回复到基态时发出的光,通常在 100~200 千米高;而红色极光同样是激发态氧原子回复后的发光,但这一过程需要较长时间(数十秒到百余秒),期间一旦与其他粒子碰撞将损失这部分能量而无法发光,因而红色极光最主要在粒子密度更低、高度更高的层面相对常见(约 200~350 千米)。

通常而言,由于高空能发光粒子较为稀薄,红色极光的强度相较绿色极光偏弱,但由于极光带在我国以北数百千米甚至更远,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、地形等遮挡,因而对于我国北方等中纬度地区,反而高度较高、强度相对较弱的红色极光更容易被看到。


3
不想上班,和地磁暴有关吗?


地磁暴对地球上生活的生物体而言,有直接、确影响的,可能就是需要借助地磁导航的生物们了,比如信鸽。

对人类社会来说,地磁暴可能导致电力系统中断或设备损坏,对航天器造成额外的辐射影响;它还可能对卫星和空间站的运行产生影响,因为它们需要在稳定的地球磁场环境中工作。磁暴还会影响电子产品和通信设备中的电磁部件,可能导致通信中断、导航失灵等问题。

尽管也有部分研究认为,太阳活动及伴随的地磁干扰与人体血压波动等影响有一定相关性,但这种相关性仍没有直接且明确的更进一步研究。对于更多普通人而言,目前并无充分证据表明地磁暴对身体状况存在影响。

“地磁暴的发生对公众日常生活的影响微乎其微,对航空器和卫星轨道运行会有一定影响,但也都可测可控。”宗位国表示,受地磁暴对磁场的影响,卫星和空间站可能会因大气拖曳造成轨道高度有所下降,需加强对轨道的监测并根据需要进行轨道调控;卫星导航设备定位误差可能有所增大,但对公众日常使用导航等功能影响不大。

对于航空飞行来说,日常一次国内航班飞行的辐射剂量大约是2至6微西弗,跨越极区的国际航班辐射剂量稍高一些,大约为50微西弗,这个剂量是国家安全标准的几百到几十分之一。当发生大地磁暴或太阳质子事件时,航空辐射剂量会有所增加,但一次飞行影响也不大,大家不用担心。对于信鸽放飞来说,地磁暴预报预警对于开展相关活动有较好的指导作用,可提前关注相关空间天气预报预警产品,尽量减少在不良天气条件下以及远距离的放飞活动


为提高我国糖尿病医生科研水平与科研能力,促进医学研究成果转化,提高医生科研综合水平,北京康盟慈善基金会发起并设立了“医学与健康事业研究发展基金项目”,以“科研浩海,盟动助力”为主题,科研技能培训系列课程由医微客(北京)提供技术支持,于2021年5月正式启动。



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