【观星游记】追逐极光——2024年5月11日吉林省通榆县向海保护区观星之旅

闽海星尘

最近考试比较多，更新缓慢。周三过后开始加快更新。



2024年5月11日向海自然保护区观星之旅
时间：2024年5月11日19:17~次日13:33（含途中）
地点：吉林省白城市通榆县向海蒙古族乡向海自然保护区揽海阁
光害：光污染2级（SQM 21.92mag/arcsec^2，2022年数据，可能高估）
参与：14人（来自不同学校的天文协会或摄影团体，租车自驾前往）
*备注1：本帖的所有照片均为小米12S Ultra手机拍摄，效果可能远不如相机
*备注2：受论坛上传图片大小限制，文中所有星空摄影图片均经过压缩，可能影响效果
*备注3：由于我们到达目的地时极光已经明显减弱，因此本文中极光相关照片的效果都不算好
*前排提示：受手机相机传感器的鸡肋性能影响，本帖中单张星空摄影均噪点爆炸（堆栈过的图片除外）

闽海星尘

Part 1/ 太阳往事，极光序章
出发前0~8天  吉林省长春市朝阳区

    2024年5月上旬，太阳正面存在过两个很活跃的活动区——AR3663和AR3664。AR3663是太阳北半球的一个规模较大且很活跃的黑子群，AR3664则是太阳南半球的一个Gamma-Delta型的磁场结构异常复杂且有强烈磁剪切的大型黑子群。5月3日，AR3663区域内爆发了一次X1.69级耀斑，拉开了为期一周多的轰轰烈烈的耀斑大活跃的序幕。在接下来几天里，AR3663活动区接连出现了多次M级耀斑事件。5月6日傍晚，AR3663活动区爆发出了一次X4.52级耀斑，成为太阳活动第25周期截止当时的第二大耀斑。但这次耀斑活动并未抛射出明显的CME，也没有正对地球，因此位于地球同步轨道上空的GOES-16和GOES-18卫星均未监测到高能质子通量出现偏离稳态的异常波动，STEREO-A卫星也未监测到明显的异常。

AR3663的X4.52级耀斑爆发瞬间
    当时人们的目光都聚焦在AR3663之上，却不知此刻位于太阳南半球的AR3664活动区即将放出一系列大招。AR3664作为一个具有强烈磁剪切且结构异常复杂的大型黑子群，是有能力引发R4级别的X射线事件的（对应X10级以上的耀斑），甚至单就黑子群的规模和形态来说和1859年引发卡灵顿事件的黑子群有许多相似之处。不过AR3664并不打算走寻常路，没有选择通过单个极强的耀斑释放能量，而是通过大量的入门X级耀斑来缓慢释放。5月8日开始，AR3664活动区的X射线通量水平逐渐稳定在了M级门槛附近，呈现出活跃的状态。当天午后，AR3664爆发了一次X1.0级耀斑事件，并伴有halo CME的抛射。从这一刻起，AR3664活动区彻底发了疯——在接下来一周时间里，AR3664总共出现了11次X级耀斑事件、6次M5级以上耀斑事件，最大的一次耀斑达到了X8.79级（不过此时AR3664已经转到太阳侧面），超越AR3590在2月22日的耀斑，成为SC25截止目前的最大耀斑。在这17次显著的耀斑事件里，几乎都伴随着CME的抛射，其中还有多次halo CME。尤其是5月8日到5月10日，短短三天时间内AR3664活动区就向太阳系空间中抛射了六七次CME。这些CME在飞奔向太阳系远处的途中相互追上并叠加，形成了非常复杂的结构，迅速朝着地球冲过来。根据5月9日深夜的模型预测，最强的第一波冲击将在5月11日早上抵达地球，届时地球外部的太阳风等离子体密度将达到100r^2N/cm^3左右，太阳风风速将达到800km/s以上，这一强度的太阳风足以引起至少达到G4级的特大地磁暴事件，对应地磁Kp指数将能达到8以上，甚至不排除有达到Kp=9的水平的可能性（对应G5级超大地磁暴事件）。这将有可能引起全球二十年以来的最强的极光事件！上次这么强的过程还是2003年10月末的“万圣节太阳风暴”期间！

AR3664的一次耀斑爆发事件

一次halo CME事件

大而复杂的AR3664黑子群

AR3664黑子群的复杂磁场结构

耀斑极度活跃的AR3664
    5月9日下午，GOES-18卫星监测到的质子通量开始上升，标志着太阳风的先遣部队开始抵达地球。5月10日午后，10MeV质子通量已经达到了S1级质子事件的门槛。其实直到那时候我们也只是在谨慎期待着这次可能将会发生的高强度极光事件，但随后事情发展的速度远远超出了我们的预期。按照模型的预报，太阳风到达地球并引发特大地磁暴的时间应该是北京时间5月11日早晨，特大地磁暴事件的巅峰将会出现在当天的上午。当时预测的地磁Kp指数最高依然为8，且按照预测巅峰持续时间并不长且都位于国内白天，只有5月11日凌晨和当晚条件相对好一些（预测Kp=5），但和2023年12月1日晚上东北三省极光大爆发时候的条件比还是明显差了一截。按照这样的预测，国内只有纬度很高的北疆的阿勒泰山区和东北的大兴安岭北部山区有机会见到极光，可以说这个极光过程对国内的天文爱好者来说是非常不友好的，只有Jeff等少数人还在看好这场极光在国内的表现。可以说大家对于这场极光在国内的表现整体看法是比较悲观的，但接下来发生的事情远远超出了我们的预期。

模型预测的情况

预测的北美极光范围

Kp指数预测情况
    5月10日晚上23时前后，STEREO-A卫星监测到的磁通量发生了剧烈的变化，最大磁通量短时间就从稳态飙升到了50nT左右，要知道这地方在地球磁层之外！而原本预测太阳风抵达STEREO-A的时间应该在5月11日日出前！太阳风主力抵达的时间远远早于模型的预期，模型的预测失效了！一般太阳风主力到达这里之后，距离地球只剩下两个多小时的路程。午夜0时30分刚过不久，位于日地L1点的DSCOVR卫星监测到的磁通量也迅速飙升到了50nT左右，太阳风风速飙升到了700km/s以上，表明太阳风主力抵达了DSCOVR卫星所在的地方，距离地球只剩下半个多小时的路程。凌晨1时刚过不久，太阳风主力抵达地球，这波堪称史诗级的大范围极光事件随即开始，这比模型的预测要早了至少5个小时！太阳风远比预期早抵达地球、卫星监测磁通量表现明显超出预期，都表明了这场多重CME叠加的太阳风强度远超预期，预示着未来的极光表现也将大大超出预期。

DSCOVR卫星过程要素变化
    在这次的极光事件中，Jeff全程直播阿勒泰实况，完整记录下了极光爆发的全过程。凌晨1时左右，阿勒泰北方的天空开始出现一点点暗淡的红晕，此时太阳风主力刚刚抵达地球不久。1时40分过后，极光开始加强，在视频直播中已经可见窗帘一样的结构。仅仅不到半小时后，直播中的阿勒泰极光在地平线附近已经变得相当明亮，此时地磁活动已经达到了Kp=7.67级别，标志着一次G4级特大地磁暴事件发生。2时30分，直播画面中的极光已经亮得过曝，Jeff在观众的要求中降低了ISO以体现极光的清晰结构。与此同时，阿勒泰以南700多千米外、位于北纬43度的南山天文观测场中，星明天文台实时监控画面中也出现了极光的身影。我所在的长春也恰好位于北纬43度，但当晚整个东北的天气都很差，因此没有能看极光的可能性。短短5分钟后，阿勒泰直播中的极光再度过曝，星明天文台监控画面中的极光也能见到窗帘一样的光柱结构。又是5分钟后，在Jeff再度调低ISO情况下，粉红色的极光又亮得过曝了，此时阿勒泰的极光强度已经远远超出2023年4月的表现——那次可是北疆首次有照片记录的极光事件。2时48分，Jeff在继续降低ISO后，极光又亮到了过曝的程度，星明天文台几乎整个北边天空的低高度角天区几乎都被染成了粉红色。与此同时，黑龙江、内蒙古等多地也都传出了极光的照片。凌晨3时开始，阿勒泰的直播画面中，粉红色的极光地下出现了一丝绿色的极光——这是新疆首次有照片记录到绿色的极光，在此之前全国只有漠河在2023年有照片记录到过绿色极光。绿色极光发生的高度要比桃红色极光低很多，因此往往需要很高的磁纬度才能看得见它们的身影，但此刻，北纬50度附近的地区都能目睹到一些绿色的极光。接下来的时间里，阿勒泰视频直播画面中的极光亮度不断增大，进入了极光过曝→调低ISO→极光再度过曝的无限循环当中，绿色极光的范围也在不断扩大。可见阿勒泰此刻极光之强悍！3时15分，星明天文台监控画面中的极光也亮到了过曝，位于北纬38度的内蒙古南部的阿拉善左旗都有人拍到了极光。但是极光还未停下增强变亮的脚步，新疆哈密、陕西榆林、北京山区等多地也传来捷报，阿勒泰的极光甚至已经蔓延到南面的天空。凌晨4时30分前后，新疆一带的极光达到了最亮！无论是阿勒泰的视频直播还是星明天文台的监控画面，极光都已经大大过曝，尤其是在后者的图中，亮度非常惊人！随后国内的天空渐渐变亮，黑夜结束，极光观测暂告一段落。短短3个多小时的时间里，中国北部极光的强度大大超出了所有人的预期，表明这场极光事件远远没有我们想象的那么简单。

新疆阿勒泰的极光，图片拍摄者为Jeff

Jeff的微博内容

新疆星明天文台的极光

一些微博上极光的记录

一些微博上极光的记录

一些微博上极光的记录
    清晨5时，地磁Kp指数来到了8.67，达到了G4级特大地磁暴的上限水平，但这时候地磁暴的强度还没有达到巅峰！在接下来的白天中，强烈的极光横扫了欧洲、北美洲、非洲等地，即便纬度不算很高的欧洲中部和美国北部都能看到极光高悬在头顶上，极光出现的纬度不断刷新着我们的想象——佛罗里达、古巴、纳米比亚......一大片亚热带地区都有极光的身影，南到北纬18度的牙买加都有人拍到了极光！这是1859年卡灵顿事件过后全球纬度最低的极光记录！而在亚洲，极光也来到了北纬30度左右的印度北部山区，要知道这里的磁纬度也就25度左右！由此推算，我国的青藏高原一带当晚应该也能观测到极光，只是没有图片资料流出。早上8时，地磁Kp指数达到了极其惊人的Kp=9——这也是Kp指数的上限！也就是说，我们见证了一次G5级超大地磁暴的发生！这是二十年来最强的地磁暴事件！一切都远远超出了我们的预期！

G5级超大地磁暴达成时刻

Kp指数变化趋势

澳大利亚的极光

北美和欧洲的一些极光

北美和欧洲的一些极光

北美和欧洲的一些极光

纳米比亚和牙买加的极光

印度北部的极光

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Part 2/ 也许是，大胆的想法
第1天  吉林省长春市朝阳区

    5月11日凌晨，中国北部地区极光爆发，有照片记录的最南纬度达到了北纬38度，青藏高原的无人区一带推测甚至可能达到了北纬32度以南（从印度实况推测）。按理来说，东北地区纬度足够高，应该也有不错的条件观测这场极光表演。但“理想很丰满，现实很骨感”——当天晚上一个蒙古气旋席卷了整个东北，整个东北都笼罩在阴雨绵绵之中，想要看极光是根本不可能的事情。那天晚上我在我们学校天文协会的QQ群里“转播”这场极光的实况。很不出意外地，大家看着看着都嫉妒得急红了眼（我也一样），但真的很无奈，东北的天气实在是太差了。

5月11日凌晨的卫星云图
    老天爷似乎就要戏耍我们这些身处东北的天文爱好者。天亮以后，随着蒙古气旋的东移，松嫩平原上空的阴云逐渐散去，慢慢变为了晴到多云。晚上不放晴，白天就放晴，这是天文爱好者的噩梦。不久之后的午后，天空中的云量再度增大，很快又重回阴天。一边是国内乃至全球各地不断传出的精彩的极光照片，一边是笼罩在头顶上散不去的乌云，大家都在羡慕和嫉妒中带着许多的沮丧。按照预报，今天午后开始这场超大地磁暴就要开始减弱了，预测晚上的Kp指数并不会很高。今晚是最后的机会，但按照预报的地磁Kp指数来看，想在长春的纬度看到极光应该是很困难的事情。难道我们就要这样错过一场二十多年来最强的极光盛会么？

5月11日上午的卫星云图

5月11日下午的卫星云图
    天无绝人之路，按照5月11日凌晨各大数值模式的预测，5月11日晚上东北有一部分地方能够放晴。虽然能够放晴的地方并不多，但还是给我们留下了一线希望。虽然从Kp指数预报情况来看，北纬45度以南想看到极光是很难很难的，但只要能够进入纬度更高地区的晴空区中，就有追到极光的机会。追极光前看天气预报需要关注的内容和一般时候去野外观星还不大一样，除了要看计划追极光的地点是否是晴天以外，还要看该地点的北面是否有面积足够大的晴空区。极光发生的磁纬度一般比较高，北半球的地磁极偏向北美一侧（近些年来正在快速向西伯利亚方向迁移），而国内磁纬度比较低，一般看到的极光高度角都比较低，如果观测点以北云量过大，就可能遮挡住大部分甚至全部的极光。经过筛选以后，当天晚上东北地区符合观测条件的只有辽宁中南部和大兴安岭山区（含蒙东地区）。这其中，辽宁中南部磁纬度太低，并不是很保险，比较保险的就是去大兴安岭山区。对于吉林省来说，距离最近的应该是白城市西部、通辽市和兴安盟的大部分地区。这些地方距离长春市区都比较远，往返需要比较长时间。如果考虑坐火车出去，那么最晚11日傍晚就要出发，最早12日上午才能回来。而我12日中午前有体测，时间上根本赶不及，再加上野外观测对体力的消耗非常大，因此当时也没想要自己跑出去追极光，只是看到有人想去追极光就顺便帮他们分析一下天气情况罢了。

ECMWF模式预报5月11日深夜到5月12日凌晨的云量分布
    虽然也许确实抽不出时间去碰碰运气比较遗憾，但太阳活动第25周期的峰值阶段还要持续好一段时间。东北地区纬度比较高，即便是位于东北地区中部的长春城区也都接近北纬44度，因此大学四年期间能看到极光的机会其实并不算非常少，如果能够去野外，机会甚至可能还要多不少。最近一年来，由于太阳活动逐渐进入峰值期，有新闻报道和照片记录的国内极光事件数量显著增加，且极光的强度一次次刷新先前的认知。2023年4月24日凌晨，一次G4级特大地磁暴给新疆北部带来了灿烂的极光，在此之前，新疆还几乎没有过照片记录的极光事件。当时南至和长春城区同纬度的星明天文台都观测到了极光的身影，但由于当晚东北地区遭受蒙古气旋影响，天气很差，因此没有极光记录流出；2023年5月8日，漠河北边的天空泛起了一丝红晕，极光降临在了这片大地上；2023年11月5日夜，漠河及周边地区也出现了极光的身影，明亮的红色和绿色极光在空中舞动，场面相当震撼，这也是我国首次有照片记录到绿色极光。同一天晚上，纬度和长春接近的乌鲁木齐一带郊外也有照片记录到极光的身姿；2023年12月1日晚上，又是一次G4及特大地磁暴，给整个东北都带来了一场极光的盛宴。由于天气良好，东北地区有众多地方都拍摄到了红色的极光，南至北纬40度的北京山区都有人拍摄到了极光的身影。那天笔者也曾尝试拍摄极光，但无奈城市的光污染太严重，极光完全淹没在了橙黄的灯火之中；2024年3月24日、4月26日、5月2日等多日，漠河、根河及周边地区都有较弱的极光出现......再加上正在发生的这场二十年来最强的极光过程，其实东北地区发生极光的概率确实是要比想象大不少（前提是能去野外纬度更高的地方），不过想在长春的纬度看到极光还是很难的，而想在长春的城市灯光污染中看见极光似乎是真的天方夜谭。

2023年4月至今国内极光事件粗略整理
    时间来到了5月11日的中午。我们学校天文协会的一位同学提到其它长春的高校有人计划出去追极光，但没说具体打算去什么地方，只说截止当时凑齐了2辆车，还在继续拉人。当时我还没有打算一起跟去，而那位同学要跟去，我就和他一起粗略分析了下5月11日晚上长春附近的天气情况。按照5月11日下午最新的数值模型预测，长春在晚上可能会有短暂的进入云缝的阶段，到那时候也许会短暂转多云或放晴一会儿。但在蒙古气旋的影响下，云洞的持续时间只会比较短暂。长春周边近距离的地方也没有天气条件比较合适的地方，之前选取的怀德镇等地方情况都不大好，只能将目光放向更遥远的地方。吉林省内只有白城市境内有预报午夜之前可能局部放晴，但考虑到极光出现在北边的天空，需要北边较大范围内没有云区才能保证不会被遮挡，因此白城市南部一带并不是保险的选择。当晚距离长春最近的比较保险的选择是通辽市的大部分地区和兴安盟的乌兰浩特市附近。从长春去通辽和乌兰浩特都比较方便，坐动车都只需要约3小时，且当时还有余票，理论上可以大胆点跑去通辽。但考虑到成本问题、时间安排问题和设备携带问题，组织者还是确定选择租车自驾出行。最后从那位同学那边得到的确切消息是，这些一起去追极光的人总共分为两组，一组人去通辽市科尔沁左翼中旗追极光（人数较少），另一组人去白城市通榆县向海自然保护区追极光（人数较多）。向海自然保护区地处白城市南部，是数值模型预报中吉林省内天气条件最好的区域，但并不是很稳，因此选择去向海自然保护区追极光其实是一个比较赌运气的想法。但既然那边是这么选择的，那也就没啥可说的了。
    由于5月12日中午有1000米长跑体测，虽然我心里一直痒痒的，但也只能忍住让自己想方设法打消去追极光的念头。但到了傍晚，那位同学说那边已经凑到了第三辆车，还可以再来人的时候，我还是忍不住心动了。毕竟这是二十年来最强地磁暴引发的精彩过程，以后还有没有机会再遇到都很不好说了，错过真就太可惜了。而且先前我查看了最新的地磁暴情况，目前监测到的Kp指数依然在8以上（前面Kp=9的持续时间比预期长不少），对应G4级特大地磁暴，情况暂时超出预期，如果今晚继续超预期下去或许能有超乎意料的极光表现，不去真就太白瞎这条件了。于是我下定决心要跟着他们一起去追极光，体测啥的就先搁一搁。为了确保不去第二天的体测而选择后续参加补测是合规行为，我特意咨询了我们班的体育委员，得到的答复是可以。至此，我算是确定要加入这场追逐极光之旅了。18时30分，我向那位同学答复道我也打算加入（其实挺抱歉的，都到即将出发的时候才能确认情况），那位同学询问组织者后确认车上还有空位，我可以一起跟去。19时17分，来接我们的车抵达了我们学校的东一门附近，我们正式踏上了这场追逐极光的旅程！

向海自然保护区追逐极光之旅全程路线图

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Part 3/ 追逐极光，向暗夜进发
第1天  吉林省长春市/松原市

    19时17分，我们正式踏上了前往向海自然保护区的行程。我所搭乘的是一辆从吉林大学前卫南区附近的租车行租来的尼桑，车上坐满5个人，显得异常拥挤。然而这只是开始，接下来的大半天时间里，我们一车人将对这辆车的拥挤有刻骨铭心的记忆。我们并不是一开始就直接奔着高速公路的入口去的，而是先前往吉林大学前卫南区和其他同行的两车人汇合，顺便换一下司机，然后再一起组成一个小车队上高速。很快我们便到达了吉林大学前卫南区，在短暂休整后即刻出发，沿硅谷大街南下到超达大路和西湖大路后拐上长深高速。在此期间有个小插曲，先是因为百度导航乱导航浪费了将近半个小时时间，然后又废了好大的劲才搞清楚尼桑的车灯怎么控制，不得不说日系车是真的离谱。等到从长春西互通上高速时三辆车已经间隔了一些距离，于是我们便约定在26公里外的公主岭市怀德服务区再次汇合。

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Part 4/ 也许是收获，也许是遗憾
第2天  吉林省白城市通榆县

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Part 5/ 再别向海，出发返程
第2天  吉林省白城市通榆县

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Part 6/ 绕道前郭，环游查干湖
第2天  吉林省松原市前郭尔罗斯县

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Part 7/ 旅程结束，难忘的记忆
第2天  吉林省松原市/长春市