太阳行动正走向第25个周期极大期，一再引起强烈地磁暴

罕有极光刷新认知，南下趋势或者将不断

克日，使人冷艳的认知“北京极光”刷新了公共认知：平凡要在高纬度区域方患上一见的极光，竟频仍惠临地处北纬40°的南下新疆、北京等地。趋势而早在往年二三月份，罕有或极光就在地球中低纬度区域现身了。极光

为甚么往年极光如斯活泼且一再“南下”？这与太阳风引起的地磁暴亲密相干。因为近些年太阳行动正走向第25个周期的认知极大期，未来一两年，南下极光还可能一再现身中低纬度区域。趋势

据中国天气局国家空间天气监测预警中间统计，往年地球已经发生了7次大地磁暴级此当地磁行动，极光分说是刷新在2月27日、3月23日、3月24日、4月23日、4月24日、9月19日以及12月1日。其中，发生于3月23日至24日间的特大地磁暴，是近六年来的最大地磁暴。地磁暴从低到高共分为G1到G5五个品级，而这次达到了G4级，导致极光“南下”至诸如美国新墨西哥州等纬度较低的区域。

整整一个月后，地球又履历了一次划一规模的地磁暴，它在英国西北部、美国加利福尼自由亚州，以及我国新疆等偏低纬度区域再次制作了极光美景。

太阳风暴为地球带来的不光仅是极光这种视觉盛宴，也会给无线通信、人造卫星、空间站航天员牢靠带来劫持。在鉴赏详尽极光的同时，人类更要亲密关注太阳行动，做好空间天气预料与预警，实时予以应答。

人类他乡

沉没于双重磁化“气泡”中

太阳是离人类最近的一颗恒星。同样平个别人们所见的“太阳”，着实是这颗恒星的光球层。人类对于太阳的清晰是一个逐级深入的历程：先是从光球层缩短到了色球层以及日冕，而后随着美国天体物理学家尤金·帕克所预言的太阳风患上到审核证实，人类对于太阳的认知领土又扩充到全部日球层。

太阳是一颗磁化恒星，日球层便是由太阳磁场以及太阳风的影响畛域所组成的重大包络层。在日球层内，太阳是空间情景的相对于主导者。在日球层领土处，太阳风向外吹的压力与来自星际介质的压力相失调，于是太阳风就在这里妨碍，组成所谓的日球层顶。

2012年，美国“遨游者一号”探测器穿梭了太阳风以及星际介质接壤的位置，人类由此第一次判断日球的领土位于距离太阳中间约140个天文单元(太阳以及地球之间的距离为1个天文单元)中间。

在宇宙空间中，日球层像个透明的椭球状大气泡。正是这个“大气泡”拦阻了绝大全副宇宙线进入太阳系，也组成为了人类提防宇宙线的第一道牢靠屏障。

人类的他乡——地球便是一颗在日球层系统中笔直晃动，并与这个系统发生着电磁相互浸染的行星。抽象地说，地球就像一叶扁舟，不断间刻都处在快捷行动的磁化等离子体情景中。

幸福的是，咱们尚有一个由地球磁场在地球周围组成的“悭吝泡”将太阳风拦阻在外，这便是地球磁层。假如不这个“悭吝泡”的存在，地球大气早就被太阳风吹走了。同时，地球磁层还进一步拦阻了宇宙线以及太阳高能粒子对于人类的伤害，组成呵护人类牢靠的第二道屏障。

日冕物资抛射

冲向地球的太阳“喷嚏”

可是，地球磁层这个“悭吝泡”略出弱点，即在南北极呈漏斗状。而且，在朝向太阳的一壁，地球磁场每一每一会与来自太阳的磁场发生磁场重联——平凡来说，这个历程就彷佛将地球磁层“撕”开一个口子，太阳风粒子以及在此历程中被减速的高能粒子，会从这个口子进入并沿着漏斗状的地球磁层极尖区着落，与大气碰撞，组成日侧(日间一侧的)极光。

地球磁层的磁力线被“撕”开后，随着太阳风的吹拂脱离夜晚一侧，组成一条长长的磁场“尾巴”，这便是地球磁尾。在磁尾中，相同偏差的磁力线进一步重联，从而让更多高能粒子沿着磁力线沉降，进入地球大气，组成夜侧(夜晚一侧的)极光。

这些历程每一每一随同着地球磁层环电流的增强以及地磁场的削弱、凌乱，也便是个别所说的磁暴历程。从极光组成的历程可能患上悉，组成初品级磁暴有两个须要条件：一是来自太阳的磁场正好击中了地球磁层顶；二是来袭的太阳磁场具备与磁层顶磁场相同的偏差。

物资可能照料磁场撞向地球的状态有两种：一是太阳行动时期产生的日冕物资抛射，二是来自太阳冕洞的高速太阳风。在冕洞之中，磁力线呈凋谢状态，太阳风沿着凋谢磁力线转达，以两倍于太阳风平均速率的速率监禁带电粒子。当这些快捷行动的太阳风追上速率较慢的太阳风，就会相互挤压，增强它们之间的磁场。当这种挤压区域扫过地球，就能产生地磁暴。

个别来说，源自日冕洞的地磁暴会有在数小时内逐步回升的历程，而且不像日冕物资抛射引起的风暴那末严正，故而强磁暴大多由日冕物资抛射引起。

日冕物资抛射是指等离子体照料着磁场从太阳日冕中监禁到行星际空间的历程，就彷佛太阳打了个喷嚏，运用日冕仪可能审核到这一历程。假如日冕物资抛射朝向地球，这些等离子体以及磁场将严正扰动地球磁层及高层大气，引起地磁暴，进而阻断通信，着落导航精度，破损人造卫星以及地面电力系统。

为此，人类已经建树起空间天气监测预警系统，对于地磁暴妨碍预报。比喻，在12月1日的极光泛起以前，中国天气局国家空间天气监测预警中间就提前一天收回预报：11月30日、12月1日以及2日这三天，可能泛起地磁暴行动，其中12月1日可能发生中等以上地磁暴甚至大地磁暴，预计地磁行动将陆续至12月2日。

与此同时，该中间还收回揭示：空间站可能因大气拖拽造成轨道高度着落，卫星导航配置装备部署误差增大，航空飞翔将面临通信情景变差以及跨极区辐射的双重危害；而公共，特意是信鸽玩家以及极光喜爱者，未来多少天要光阴留意空间天气信息。

多彩极光

高能电子踏出霓虹“足印”

“极光”一词源于罗马神话中的织架女神“欧若拉”，代表方兴未艾前的平明。中文称说“极光”呈现这一征兆每一每一在南北极看到。可是，在一些极其状态下，低纬区域甚至赤道区域也能看到极光。出如今低纬区域的极光多为红色，而高纬区域多见绿色或者黄绿色极光，此外尚有较为罕有的粉红色、紫色、蓝色极光。

极光的色调是若何组成的？道理着实很重大。极光是由从地球磁层突入的高能粒子以高达每一秒2万公里的速率撞击地球高层大气而引起的。在这一历程中，这些以电子为主体的高能粒子就会激发气体原子以及份子并产生极光。这与霓虹灯的使命道理十分相似：当份子以及原子被电子激发到高能量状态的激发态时，它们必须返回到其原始能量的基态，并经由监禁光子的方式来监禁能量。

就像霓虹灯的色调取决于管内的气体搅浑物相同，极光的色调取决于大气中的气体组分。

在地面上空200公里以上，高能电子首先碰着的是一层富含氧原子的大气，它们与这些氧原子碰撞，将氧原子赋能到激发态。因为大气密度随着高度的回升而迅速衰减，200公里以上地面的大气十分稀薄，因此这些被激发的氧原子与此外原子发生碰撞的多少率十分小，这就使它们可能在监禁光子以前跑出至关远的距离，于是这一层的极光就泛起出云雾状的弥散形态。

这些被激发的氧原子监禁出淡红色的光线，组成极光的最高层。以是，纵然磁纬度较低的我国南方区域，无心也可能在南方地平线上审核到这一抹淡红。这也是为甚么低纬度区域泛起的极光大概况是红色。此外，低纬度区域泛起的极光每一每一发生在特大磁暴时期，此时的红色极光较为黯淡，更重大被人眼察觉。

当高能电子不断沉降脱离距地面100至200公里之间的中层大气时，这里的大气密度逐步着落，氧原子以及氮份子逐步削减。在中层大气，高能电子激发的依然主若是氧原子，但因为情景的改动，这里的氧原子主要监禁出黄绿色的光子，因此在这一层，极光每一每一泛起黄绿色。这种极光不灼烁度较高，而且因为人眼对于绿色加倍锐敏，因此黄绿色成为高纬度区域最罕有的极光色调。因为黄绿色极光源区的大气密度更高，粒子碰撞频仍，且氧原子激发态的连结光阴较短，因此这种极光可能简陋勾画出高能电子沿着磁力线落入大气的位置。这些照料高能电子的磁力线在磁层行动中不断改动形态，于是黄绿色的极光带也随之幻化万千，彷佛天神舞动的裙摆。

平凡强度的太阳行动所产生的极光，每一每一到黄绿色就结束了。但当咱们遇上一次十分猛烈的太阳行动时，磁层内的电子就会被减速到很高的能量状态，穿过中高层大气的层层拦阻，脱离80公里如下的浓密大气层。在这里，原子态的氧极其浓密，因此不能作为发光的主要物资。但这里的氮份子充实密集，足以收回可不雅强度的光线，于是就成为了极光的主导发光物资。氮份子及其离子被激发后，简直瞬间就会监禁出光子，在地面留下粉色、紫色、洋红色，甚至蓝色的印迹。这些是极光的最低层，是高能电子在地球大气中踏下的最深“足印”。

太阳黑子行动

强磁暴的仅有源头？

既然强磁暴少数由日冕物资抛射引起，那末日冕物资抛射又来自何方？着实，它主要来自太阳黑子。尽管太阳看下来很晃动，但太阳大气实际上十分活泼，其符号便是大师所熟知的、具备11年周期的太阳黑子行动。

太阳黑子是强磁场群集地，一个或者数个太阳黑子就组成为了太阳行动区，其中每一每一发生爆发性行动，包罗太阳大气中突发的太阳耀斑、日冕物资抛射等。

太阳耀斑是在太阳大气全副区域发生的能量监禁征兆，可在太阳色球以及日冕像中审核到清晰的全副增亮。一次典型的大耀斑能监禁出高达1025焦耳的能量，至关于十多少亿颗核弹同时爆炸所监禁的能量。

耀斑以及日冕物资抛射有较亲密的分割关连，大的耀斑每一每一伴发日冕物资抛射。由此，咱们患上出一个印象，强磁暴均与太阳黑子行动相干。我国今世对于黑子以及极光的文献记实分说有100一再。从这些记实中可能发现，极光个别发生在太阳黑子多的时期。比喻，1859年9月，地球上曾经发生过一次超级大极光，在该事件先后多少年间，我国今世文献中就有好多少条黑子记实。今世迷信家经罕用树干上一层一层年轮中的碳-14含量来获知太古时期的太阳行动水平。因为，在太阳黑子极小期，因为日球层中的磁场削弱，它们对于宇宙射线的拦阻也会同步削弱，地球大气因此会受到更多宇宙射线轰击，在地球大气层中产生更多的碳-14。

在多少个太阳黑子极小期，我国对于黑子以及极光的今世文献记实均相对于较少；而在太阳中世纪极大期，文献记实的黑子极光泛起数目则泛起出一个高峰。

不外，有一件事颇回味无限。公元762年的前200年以及后100年间，今世文献中简直不黑子记实，这诠释太阳行动处于一个较长跨度的极小期，我国有学者曾经将其命名为“唐代黑子极小期”。而在此时期，文献中却散落着一些极光记实，特意是公元762年，这一年竟会集泛起了5条区别光阴的红色极光记实。这是否象征着，太阳黑子行动并非强磁暴的仅有源头？这个判断概况要等下一次相似的极小期泛起，能耐患上到验证。而我国天文学家也正从这一疑点登程，探寻着更多的太阳未知之谜。(文陈说)

(作者季海生 滕伟霖分说为中国迷信院紫金山天文台钻研员、博士钻研生)

源头：文陈说