什么是地磁暴?它们如何影响地球?空间天气分析

地磁暴，简称“地风暴”空间天气每当太阳风暴将带电粒子直接抛向地球，就会引发电离层的大扰动。

虽然你可能只听说过重大的风水风暴，但这些太空风暴相当常见，每个月或每隔几年就会发生一次。

形成

每当来自太阳风暴(即太阳风、日冕物质抛射或太阳耀斑)的高浓度带电粒子与地球大气相互作用时，就会形成地磁暴。

在从太阳到地球的9400万英里距离后，这些粒子撞上了地球磁气圈一种由流动在地核中的带电铁水产生的盾状磁场。最初，太阳粒子被偏转;但随着与磁层对撞的粒子不断堆积，能量的积累最终会加速一些带电粒子穿过磁层。然后，它们沿着地球磁场线飞行，穿过北极和南极附近的大气层。

地质风暴的危害和影响

通常情况下，太阳的高能粒子进入大气层的深度不会超过电离层——离地面37到190英里(60到300公里)的地球热层的一部分。因此，粒子构成很少直接对地球生物的威胁但对于位于热层的地球卫星和无线电网络(我们人类每天都依赖它们)来说，地风暴可能是灾难性的。

卫星、无线电和通信中断

无线电通信对地磁风暴尤其敏感。通常，无线电波通过电离层的反射和折射，多次返回地球，在全球范围内传播。然而，在太阳风暴期间，随着进入的宇宙粒子浓度的增加，电离层(太阳的极端紫外线和x射线辐射被大量吸收的地方)的密度会增加。反过来，这个密度更大的层改变了高频无线电信号的传输路径，甚至可以完全阻断它。

类似地，“生活”在热层并通过无线电波向地面天线发送信号进行通信的卫星也受制于地风暴。例如，GPS无线电信号从一个卫星在太空中，通过电离层到达地面上的接收器。但在地震风暴期间，地面接收器无法锁定卫星信号，因此位置信息变得不准确。这不仅适用于GPS卫星，也适用于情报收集和天气预报卫星。

地磁风暴越强，这种破坏就越严重、越持久。微弱的太阳风暴可能只会造成短暂的服务中断，但最强的太阳风暴可以在地球上引发长达数小时的通信中断。

但是互联网呢?

由于互联网时代恰逢太阳活动弱期，地震风暴对互联网基础设施的影响尚不为人所知。然而，根据2021年的一份报告研究在加州大学欧文分校的研究中，地风暴对全球网络的威胁很小，这主要是因为构成互联网主干的海底光纤电缆不受地磁感应电流的影响。

当然，如果太阳风暴是巨大的，比如说，在1859年卡灵顿和1921年纽约铁路事件它可能会破坏这些电缆所依赖的信号增强器，从根本上破坏互联网。

停电

地磁暴不仅能切断通讯，还能切断电力。随着电离层受到极端紫外线和x射线辐射的轰击，它的原子和分子越来越多电离，或获得净正电荷或负电荷。这些在高空的电流然后在地球表面产生电场，进而产生地磁感应电流，这些电流可以流过地面导体，比如电网．当这些电流进入变压器和电线，使电压过载时，灯就灭了。

1989年的情况就是这样，当时强烈的太阳耀斑摧毁了加拿大魁北克的整个Hydro-Québec电网。停电持续了9个小时。

高辐射暴露

太阳风暴期间进入大气层的太阳辐射越多，人类受到的辐射就越多——尤其是在空中旅行时。这是因为你的海拔越高，保护你免受有害和可能致命的宇宙辐射的大气层就越少。宇宙辐射是高能粒子，能够以光速进入并穿过物体，包括人体。

通常在商业飞行中，人类会接触到每次飞行0.035毫西弗美国疾病控制与预防中心说。根据健康物理学会，辐射剂量为每小时0.003毫西弗正常(当飞行高度为35000英尺时)。

极光

为数不多的积极的地磁风暴的副作用是增强的极光观赏效果当来自太阳的带电粒子碰撞并与地球大气层中的氧原子和氮原子发生化学反应时，霓虹灯的绿色、粉色和蓝色光幕点燃了天空。

这些令人眼花缭乱的现象每晚都能在北极(北极光)和南极(南极光)地区上空看到，这要归功于持续不断的太阳风，它将高能粒子每周7天、每天24小时喷射到太空中。在任何一天，许多这样的流浪粒子都会通过磁层最薄的极地地区进入地球的上层大气。

但是，在地磁风暴期间轰击地球的高浓度太阳粒子使它们能够渗入更多的地球大气层。这就是为什么一些最强的太阳风暴会导致极光出现在低纬度地区——有时甚至远至纽约的中纬度地区。

地磁暴的强度也会影响极光的颜色。例如，很少见到的红色极光与强烈的太阳活动有关。

预测地磁风暴

科学家们像监测陆地天气一样监测太阳，试图预测太阳风暴将在何时何地爆发。而NASA的太阳物理部通过二十多艘自动航天器(其中一些位于太阳)监测各种太阳活动，这是NOAA的职责空间天气预报中心(SWPC)，以监测地磁暴活动，并让公众了解地球-太阳的日常动态。

SWPC常规提供的产品和数据包括:

• 目前的太空天气状况，
• 三天大地风暴预报，
• 30天大地风暴预报展望,
• 极光观测预报，仅举几例。

为了向公众传达威胁级别，NOAA将地磁风暴的等级从G1到G5，类似于萨菲尔-辛普森等级中飓风的等级从1级到5级。

下次你查看你所在城市的天气预报时，别忘了查看你所在星球的天气预报空间天气也一样。