【新闻导读】“耀眼的极光只是热身，更多的太阳风暴可能出现”

2184

注：译自Alexandra Witze的Dazzling auroras are just a warm-up as more solar storms are likely, scientists say一文。

在这个五月，令人惊叹的南北极光出现在了比平时低得多的纬度上。对于空间气象科学家而言，由肆虐的太阳风暴形成的极光是人们期待已久但又引人注目的证据，表明太阳正接近其 11 年活动周期的顶峰。

作为2003年以来最严重的地磁暴，卫星运营商、电网管理人员和其他维护重要技术基础设施的人员仍在评估这一历史性事件的影响。不过，大多数主要系统似乎都经受住了这次冲击。这是令人鼓舞的，因为很可能会发生更多太阳风暴：一个太阳周期中最强大的地磁暴可能会发生在太阳极大期（solar maximum）之后，而太阳极大期预计会在今年晚些时候到来。本文解释本次过程和太阳物理学家的下一步的预测。

（1）为何发生？

直接原因是太阳赤道下方出现了一个太阳黑子群，被称为“3664 活动区”（active region 3664），位于目前面向地球的一侧。位于科罗拉多州博尔德的美国国家海洋和大气管理局（NOAA）空间天气预报中心的空间天气预报员Shawn Dahl说，该太阳黑子群的宽度约为地球的17倍，可能是2019年开始的当前太阳周期中观测到的最大、最复杂的太阳黑子区域。

大约从5月8日开始，3664 活动区至少发出了7次磁化等离子体爆发（blasts of magnetized plasma），即日冕物质抛射，以高达1800km/s的速度向地球飞来。日冕物质抛射与其他带电等离子体波和太阳碎片一起，淹没了空间气象探测器。

（2）有多大？

根据描述地磁暴的五级标准（https://www.swpc.noaa.gov/noaa-scales-explanation），它属于“极端”（extreme），而根据地球磁场变化指数（https://www.swpc.noaa.gov/products/planetary-k-index），属“超级风暴”（superstorm）。

地球磁场通过改变地球周围有害粒子的方向，保护人类和其他生物免受太阳风暴的影响。但是，当来自日冕物质抛射的物质撞击磁场时，会将能量倾泻到地球的高层大气中。那里的化学元素，如氧气和氮气，会电离并发出各种颜色的光，形成极光。极光通常出现在地球两极附近，但在5月10日，由于太阳风暴的强度，包括墨西哥在内的低纬度地区也出现了极光。英国诺森比亚大学的空间物理学家Steph Yardley说：“令人难忘。极光如此活跃，以至于她不得不从苏格兰的观测点向南看，而不是向北看。”

（3）影响如何？

太阳风暴中断了全球的无线电和GPS通信。SpaceX星链提供的宽带互联网连接（依赖于5000多颗卫星）报告称，其信号质量出现了一些暂时性下降。空间气象物理学家Tamitha Skov在社交媒体平台上称，这可能是因为通信中断，也可能是因为风暴改变了地球大气层的密度，对卫星造成了阻力。

由于预计到太阳活动剧烈，电网运营商采取了保护措施--地磁暴会在电网中产生额外的电流，导致断电。新西兰的输电服务部门暂时关闭了全国的一些电路，以防止设备损坏。NASA在5月10日表示，预计国际空间站上的四名美国宇航员和三名俄罗斯宇航员不会受到威胁。也没有关于中国天宫空间站上工作人员采取预防措施的报道。

一些卫星确实停止了科学观测。例如，NASA的钱德拉X射线天文台（Chandra X-ray Observatory）在风暴来临前暂时停止了天文数据的收集，作为预防措施，该天文台收起了仪器，以保护它们免受辐射冲击。该机构的一位发言人称，在风暴期间，美国宇航局的测冰卫星ICESat-2在遇到意外旋转时自动停止了科学观测，这可能是由于大气阻力增大造成的。

（4）科学家还能从中得到什么？

也许会有新发现。欧洲航天局的“太阳轨道飞行器”（Solar Orbiter）探测器相对于地球而言几乎位于太阳的后方，这让它对风暴有了不同的看法。活动区3664现在正从地球看到的太阳一侧旋转，进入太阳轨道器的视野。“在接下来的几天里，我们应该能更好地了解这个太阳黑子是否会继续在太阳的另一侧造成冲击”，航天器的仪器操作科学家之一David Williams说。NASA的帕克太阳探测器（Parker Solar Probe）正处于一系列穿越太阳外层大气的俯冲过程中，恰好处于环绕太阳轨道的最外侧，可以提供额外的视角，但数据可能需要一些时间才能到达地球。科罗拉多大学博尔德分校的行星科学家Shannon Curry表示，研究人员预计在未来几天内，将有一次日冕物质抛射撞击火星。NASA的MAVEN航天器可以观测到这一碰撞，该航天器正在围绕这颗红色行星运行。

（5）下一次大型太阳风将何时影响地球？

任何时候。根据观测到的太阳黑子数量，科学家预计当前的太阳周期将在今年某个时候达到顶峰。最大的风暴通常发生在这个正式峰值之后的数月到数年。此外，随着太阳周期的进展，太阳黑子往往会出现在更靠近太阳赤道的地方，从而增加了日冕物质抛射的几率，Dahl说。

来源：Nature 629, 736-737 (2024). doi: https://doi.org/10.1038/d41586-024-01432-7