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美国多地红光漫天,似世界末日!竟是因太阳打了一个大“喷嚏”?

3月31日晚,一幕神奇的景象正在美国西北部地区上演。怀俄明州市民在深邃的夜空中拍下了红光漫天的奇景,视线尽头的漆黑天边,都被清晰可见的黄绿色光带照亮。

有网友不禁惊呼:这是极端天气来临的预示?还是世界末日的前兆?也有天文爱好者声称,这样的景象是因为太阳打了个“喷嚏”。

那么这样的红光到底是什么现象?又是怎么产生的呢?

点亮夜空的绚烂极光

其实从科学角度回答,这些点亮夜空的鲜艳红光,只是一次超大规模的极光活动,而极光活动确实是太阳活动活跃的表现。

作为距离地球最近的恒星,太阳除了无条件输送给地球完美适中的光和热,还为地球提供着自身能量活动产生的磁场、辐射和高能量粒子。地球自身的稳定磁场能够避免来自太阳电磁波的冲击,但南北两极的磁场相对较弱,高能粒子能顺利进入大气层。

受地球引力影响会加速下降,与大气中的氧气、氮气等气体分子相互摩擦碰撞,产生一系列交互作用,发出耀眼的光照亮夜空,便产生了极光。在外形上常常呈弧状、带状、放射状。有些形态趋于稳定,有些会处于连续变化之中。

科学家认为,极光是太空中的高能带电粒子,飞入极区附近的高层大气引发的自然奇观。由于往往出现在两极附近。如果在南极出现就被称为南极光,在北极出现就是北极光。

在大多数人的印象中,极光往往是明亮的黄绿色,就像在天空中点燃了一般。但也有天文爱好者用专业设备曾观测到蓝色、紫色等其它颜色的极光,甚至也有夹杂不同颜色的极光。

不同颜色从何而来?

为什么极光会有不同颜色?

主要是因为分子、原子可以吸收或发射特定波长的光,这样的光可以改变能量状态。地球上层的大气,越往上大气越稀薄,高空中的分子和原子在吸收、释放能量的过程中可以发光,自然而然就会产生极光。

光的颜色与波长有关,所以在高空中不同高度的分子就会渲染出不同颜色的光。当海拔高度比较低时,短态激发出的氧原子就会渲染出绿色的极光,到了海拔较高的高空时,长态激发氧原子就会形成红色的极光。如果极光遍布大气层不同的高度,那么在视觉上就会呈现上红下绿的渐变色。

从海拔上看,美国西北部许多州的纬度并不算很高。就在红光漫天的当夜,美国卫星确实捕捉到了太阳表面有一个很亮的点,卫星局报告称太阳出现了一次较强的耀斑爆发。这个被戏称为“太阳的喷嚏”,在科学上就是指这次耀斑爆发的活动。

太阳耀斑的实质,是太阳内部电磁辐射的大规模爆发。它也是大气中最激烈的爆发活动,持续时长短到几分钟,长到数小时不等。

根据测量等级,太阳耀斑可以分为A、B、C、M、X级,等级最高、最强烈的就是X级。此次美国上空观测到的这一爆发的耀斑,在等级上被划分为X级耀斑。

但这次活动又是X级别耀斑中剧烈程度最弱的低档耀斑,相当于向地球打了一个喷嚏,不至于对地球产生严重影响,至多可能会对太阳直射点附近的无线电通讯,产生一定程度的干扰,整体影响程度不大。

地球也不止一次受到从太阳而来的耀斑“袭击”:2018年4月20日,一股猛烈的太阳风,让大气层突然喷出一股强有力的电磁和高能粒子,这些射线和粒子几天后飞入了地球大气层,并引发了强烈的地球磁暴。就在今年1月29日,太阳又爆发了一次M级耀斑,大多数人几乎没什么感觉,但埃隆·马斯克的Space X公司刚向太空发射的40颗星链卫星却瞬间被摧毁,数百亿美元的心血成了星际碎末。

而距离此次耀斑爆发最近的一次X级耀斑的日期也相当近,是在2021年10月28日。天文学家称,在此之前的数十年里,太阳活动处于持续的低谷期,那次耀斑活动表明太阳完全走出了两个活动周期相接的低谷。

3月31日观测到的X级耀斑,则意味着太阳活动正进一步变得活跃,随后几年中,X级耀斑事件将可能会更频繁地进入我们的视野。也就是说,未来一段时间,红绿极光闪耀夜空的奇景出现的频次将会进一步增多。

历史上的“极光之最”

也有人发出这样的疑问,如果太阳正好在和地球距离最近的时候打了个“喷嚏”,是否会对地球有灾难般的影响?

历史上确实发生过这样的巧合,这就是著名的“卡林顿事件”。

1859年,业余天文学家卡林顿正在观测天象时,突然发现太阳北侧出现了两道耀眼的光,持续了1分钟左右。几分钟之后,英国天文台就探测出地球磁场正在剧烈变化。

大约18小时后,地磁强度已经远远超出当时能测量的极值,强烈的地磁风暴导致了电报系统几乎全部失灵,有的电报塔架还在闪着火花,不多久就燃起了大火。

与此同时,天空中一道绚丽的极光从北极开始一路向南延伸,后来的记录数据表明,造成这一切的“罪魁祸首”就是一个巨大的太阳耀斑。耀斑爆发以后,最先到达地球的就是太阳磁辐射,其中所含的X射线和紫外线会直接导致大气中电子密度直线上升,同时无线电通讯就会出现大面积故障。

不多久,一小撮带电粒子也开始瞄准地球磁层,人类发射的卫星很可能会遭到破坏,同时比较脆弱的电离层也会受到干扰,此时人类的无线电通讯系统将全面崩盘。

10几个小时之后,带电粒子会全部“到场”,地球上就会刮起一场极其猛烈的地磁风暴,带电粒子所到之处,所有的电子系统和电力设施都会受到毁灭性重创,这几乎意味着人类回瞬间回到原始时代。

根据估算,如果“卡林顿事件”发生在当今社会,人类至少会有2万亿美元的经济损失,更可怕的是,整个人类社会将至少需要4至10年才完成初步恢复。

人类该如何避免“天外灾难”?

幸运的是,“卡林顿”事件发生在300年前的过去。但另一个遗憾是,对于太阳耀斑引发的电磁活动,无论小到电磁干扰还是大到通讯系统崩盘。以目前人类科技水平来说,没有任何力量去抵御或避免。毕竟人类和地球在太阳这颗恒星面前,显得过于弱小。

即使人类无法建筑起一个保护体系,但对于预测还是有一些办法。目前天文监测系统可以做到提前3天预警,也就是在太阳下一个“喷嚏”来临之前,我们有短暂的时间来做准备。比如关闭电子设备、切开电力系统的连接等,尽可能把损失和影响减到最小。

当然,人类社会正在以前所未有的速度突飞猛进,相信不久的未来,科技水平将对耀斑活动带来的危害构建起更坚固的保护罩。

参考文献

[1] 杨秋菊、胡泽骏、韩德胜.基于行星际/太阳风和地磁条件的紫外极光卵边界建模和预测[J].地球物理学报.2016,59(2):426-429.

[2] 韩德胜、胡泽骏、陈相材;.基于北极黄河站观测的日侧极光研究新进展极地研究[J].2018,30(3):235-240.

[3] 仲云芳、王慧、郑志超.极光电激流的地方时和季节变化特性研究:CHAMP卫星观测[J]. 地球物理学报. 2019,29(2):356-360.

[4] 丘琪、杨惠根、陆全明.日侧极光弧的发光强度与沉降电子能谱的相关关系[J].地球物理学报. 2017,60(2):489-494.

作者:一念 校稿编辑:李子

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