劇烈太陽風暴來襲 中緯度地區現極光

2023-04-25 23:09:01 最後更新日期:2023-04-29 23:56:29
William Lam

現實中只是個小職員的軍武 / 科普愛好者

S111B澳洲塔斯馬尼亞島附近拍得的中緯道地區極光,由Paul Hoelen所拍攝

這兩天世界各地較低緯度地區都見到近十多年難得一見的極光奇觀,這一切都與近日激烈的太空氣象有關。根據NOAA(美國國家海洋及大氣管理局)報告,過去兩天地球正面臨兩場相當厲害的日冕物質拋射(CME)所衝擊,並形成高達G4級且持續接近一天的地磁風暴,至香港時間昨日(25日)凌晨才緩和下來。G4風暴箱是比較嚴重的地磁風暴,通常每一個太陽周期(平均11年)只會有平均60日左右,但上一個太場周期只發生大約9日而已。

wolfaml2以上是有記錄以來25個太陽周期中太陽黑子平均每天出現數目的統計,所反映的是太陽磁場活躍程度。事實上每個太陽周期就是太陽每次磁極反轉的周期。太陽和地球一樣都有磁場,但因太陽以等離子體形式存在,並不是固體,不同緯度轉速有差距,久而久之不同區域的磁場會糾纏一起,形成表面劇烈太陽活動。每周期活躍到極點,磁極就會反轉,然後漸漸安定下來,到安靜期後開始第二個循環。不過剛過去的第24個太陽周期(2008-19)太陽活躍度是100年來最低者,至今個周期開始後,太陽活動上升得相當迅速……(圖片來自連結)

一般相信今次地磁風暴來自21日的M1.7級太陽閃焰所造成的CME,這場閃焰似乎並非特別強大,但在兩日後衝擊地球軌道時,地球公轉剛好到達這位置,結果變成直面連續CME兩次,地球磁場受到連續接近一天的強大擠壓及擾亂,不少高能帶電粒子闖進地球磁場內層並在磁場牽引下衝擊大氣層,且與空氣粒子碰撞並形成放電及發光的極光現象。今次極光現象為近年所僅見,甚至南北緯40度(新疆與南澳洲)都見到極光,加拿大全境更被「籠罩」其中

 solar storms上文提到的太陽磁場凸出 / 糾纏區域溫度較低,對比周圍像暗了很多,這就是我們所講的太陽黑子。當不同磁場嚴重糾纏起來,最終磁力線會斷裂並重新排列成新的磁場,這現像會被稱為磁重聯。過程中會有大量帶電粒子被磁場釋放並加速向外噴發,這是太陽閃焰;如果規模大得連太陽的大氣層(日冕)都被炸飛一塊,這就是我們之前所講的CME,其中高能粒子的密度甚至比太陽風大得多也快得多,撞擊地球磁場時影響更大。(圖片及資料來自連結)

S111根據NOAA的紀錄,這次太陽風暴引發的地磁風暴持續時間達18小時,當中9 小時的強度更達G4級別(G5最強)。NOAA已預計北美洲北部會有大範圍極光,但實際出現時範圍比預期更往南伸延500-1000公里左右。(圖片及資料來自連結)

強烈地磁風暴亦在相當程度上影響衛星軌道運作,例如令衛星電子系統癱瘓,或者讓上層大氣層向外擴散,增加低軌道衛星的阻力而令其變慢 / 高度下降,暫時知道的是個別衛星如風雲3G的高度下降了數百米。若衛星仍有燃料,這些都可以迅速調整,但那些沒有引擎或機動能力的衛星會比較麻煩,例如只有霍爾電推的星鏈,由於入軌已消耗大量功質,餘下的還要在報廢後進入下墜軌道,若受到影響,要升回原軌道就麻煩得多了。事實上,去年SPACEX發射的最新一批星鏈衛星(Group 4-7,共49枚)發射成功後仍在低軌道緩慢變軌時,就遇上一次輕型磁暴,結果因為上大氣層稍為增厚,令其中40顆的速度不夠改變軌道,最終集體墜落大氣層。

 1859 Carrington Event1859年發生的卡靈頓事件是人類進入工業文明後最大的大陽風暴,當年9月1日至3日強烈極光範圍達到全歐洲、日本南部、中國中南部、印度北部甚至接近赤道的哥倫比亞。有指當時的太陽風暴指數應該達到X-40級別水平。(圖片來自連結)

今次太陽風暴造成的地磁風暴雖然是近兩三年最強者,但影響仍相當輕微,然而需要留意的是相對於上一周期(第24期,大約2009年開始,算是近百年來太陽周期中最安靜的),今次太陽周期由2021年開始就變得相當猛烈,閃焰次數和猛烈度直迫第23周期,且這只是開始而已,今年年底到2025年會是本太陽周期的極大年,大規模的太陽閃焰可能持續爆發,地球會否受到影響,就要看「運數」了,端乎閃焰是否會掃過地球軌道,以及地球是否會在「最不該」的地方出現。

若真的發生「不幸」事件(如被X40級別以上的太陽風暴擊中,級數類同1859年的卡寧頓事件),將會嚴重破壞衛星網絡及地面上所有供電及互聯網,部分輸送易燃氣體的管線甚至會因為帶電粒子撞擊而引發火花及爆炸,各類電器或電子用品均可能發生短路甚至著火,情況有如高空核爆的EMP電磁脈衝輻射!屆時香港及整個東亞 / 世界都看到壯麗無比的極光,但極光之下……將會是一個陷於徹底混亂的黑暗世界!

 2023042418480188236新疆北部朝北方(西伯利亞方向)拍攝到的極光照片,24日凌晨5小時內極光變化的片段可見後面的連結。(圖片來自微博@Jeff星空之旅)

 

發佈於 科學新知
By 2023-04-25

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