太阳正在达到11年来的惊人峰值,其影响可能是巨大的

最近,世界各地比平时更多的人能够看到北极光和南极光用肉眼头顶。这个不寻常的事件是由一个非常强大的太阳风暴,这影响了地球磁场的运动。

太阳正在达到11年周期中活动的最大点。这意味着我们可以期待更多的爆炸性粒子喷出。

在适当的情况下,这些最终会在天空中产生漂亮的极光,以及地磁暴这可能会损坏电网和轨道卫星等基础设施。

那么究竟是什么导致了这些现象呢?北极光和南极光通常局限于非常高和非常低的纬度。来自太阳的高能粒子在太阳磁场的引导向地球。它们在称为重新连接的过程中被转移到地球磁场上。

然后,这些非常快速和炽热的粒子沿着地球的磁力线(磁铁的力方向)冲刺,直到它们击中中性、寒冷的大气粒子,如氧气、氢气或氮气。在这一点上,一些能量会丢失——这会使当地环境变暖。

然而,大气中的粒子不喜欢高能,所以它们在可见光范围内释放出一些能量。现在,根据哪种元素太热,您将看到在电磁光谱的可见光范围内发射的一组不同的波长 - 以及颜色。

这是我们在高纬度地区可以看到的极光的来源,在强烈的太阳活动期间,在低纬度地区也可以看到极光的来源。

极光中的蓝色和紫色来自氮气,而绿色和红色来自氧气.这个特殊的过程一直在发生,但因为地球磁场的形状类似于条形磁铁,被入射粒子激发能量的区域位于非常高纬度和低纬度(北极圈或一般的南极洲)。

那么,是什么让我们在北半球更南的地方看到了极光呢?

你可能还记得在学校洒铁屑在磁铁顶部的纸上,看看它们如何与磁场对齐。您可以多次重复实验,每次都看到相同的形状。

地球磁场也是恒定的,但可以根据太阳的强度进行压缩和释放。思考这个问题的一个简单方法是想象两个半充气的气球压在一起。

如果你给一个气球充气,向它添加更多的气体,压力会增加,并将较小的气球推回去。当您释放多余的气体时,较小的气球会放松并推出。

对我们来说,这个压力越强,相关的磁力线就越靠近赤道,这意味着可以看到极光。

异常风暴

这也是潜在问题的来源:移动的磁场可以产生电流在任何导电的东西中。

对于现代基础设施,最大的电流是在电力线、火车轨道和地下管道中产生的。这种运动的速度也很重要,可以通过测量磁场与“正常”的扰动程度来跟踪。研究人员使用的一种此类措施称为扰动风暴时间指数.

按照这个标准,5月10日和11日的地磁暴异常强烈。在如此强烈的风暴中,存在感应电流的潜在危险。

电力线面临的风险最大,但受益于发电站内置的保护措施。自1989年的地磁风暴它熔化了加拿大魁北克省的一台电力变压器——导致数小时停电。

风险更大的是金属管道,它当电流通过它们时会腐蚀.这不是瞬时效应,而是侵蚀材料的缓慢堆积。这可能会对基础设施产生非常大的影响,但很难被发现。

虽然地面上的水流是一个问题,但它们更是一个问题太空挑战.卫星的接地量有限,电涌会破坏仪器和通信。

当卫星以这种方式失去通信时,它被称为僵尸卫星,并且经常完全丢失 - 造成非常高的投资损失。

地球磁场的变化也会影响通过的光。

我们看不到这种变化,但 GPS 样式的定位系统的准确性可能会受到强烈影响,因为位置读数取决于您的设备和卫星之间花费的时间。电子密度(信号方式中的粒子数量)的增加会导致波弯曲,这意味着需要更长的时间才能到达您的设备。

相同的更改也会影响卫星互联网的带宽速度以及地球的辐射带。这些是高能带电粒子的环面,主要是电子,距离表面约13,000公里。

一个地磁暴推动这些粒子进入低层大气。在这里,粒子可以干扰飞机使用的高频 (HF) 无线电并影响臭氧浓度。

极光并不局限于地球——许多行星都有极光,它们可以告诉我们很多关于这些天体上存在的磁场的信息。用于模拟极光的特殊设备是“行星”,由挪威科学家于 1900 年代初首次开发克里斯蒂安·伯克兰.

将磁球(代表地球)放置在真空室中,并通过向球体发射电子来模拟太阳风。我们在英国的大学里有两台这样的仪器,在诺丁汉特伦特大学,我最近帮助一名学生建立了一个预算版作为硕士项目。

通过改变磁场强度和物体之间的距离,您可以观察极光是如何变化的。排放物主要是紫色的,正如您在 72% 的氮气环境中所期望的那样。

在顶部周围出现一个强烈的发射环,在地球上可以看到极光,这个环根据磁场强度在纬度上上下移动。

作为一种自然事件,极光是一个奇迹。但更好的是,对于每一次强烈的地磁风暴,我们都会做出改进,以帮助防止未来事件的潜在损害。

伊恩·惠特克,物理高级讲师,诺丁汉特伦特大学

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