一場強大的地磁暴導緻美國南部出現可見極光，並幹擾了GPS 技術。維吉尼亞理工大學的研究人員利用美國國家航空暨太空總署的GOLD 儀器記錄了前所未有的大氣現象，並研究了對地球電離層的影響。這些研究強調了高層大氣的動態性質及其對太陽活動的易感性，隨著2025 年太陽週期峰值的臨近，太陽活動目前正在加劇。

最近的一場地磁暴揭示了太陽活動是如何導致遙遠南方出現可見極光並幹擾重要技術的。隨著太陽活動接近頂峰，這一事件提供了至關重要的啟示，凸顯了改進預測模型的必要性。 (2024年5月11日在加拿大薩斯喀徹溫省薩斯卡通附近拍攝的照片）。圖片來源：Gunjan Sinha

5 月11 日，絢麗的極光為美國南部的觀星者帶來了驚喜。在同一個週末，一輛由全球定位系統引導的農用拖拉機為此走錯了路。那麼，北極光的能見度與中西部受損的農業設備有什麼共通點？

根據弗吉尼亞理工大學的斯科特-英格蘭（Scott England）最新發表的兩篇合著論文，這是一場獨特的強大地磁暴。

凱文-T-克羅夫頓航空航天與海洋工程系副教授英格蘭說：”北極光是由撞擊我們高層大氣的高能帶電粒子造成的，這些粒子受到包括太陽在內的眾多太空因素的影響。在在太陽地磁暴期間，地球周圍的太空中會出現更多的這種高能量帶電粒子，因此我們會看到北極光變亮，你能看到北極光的區域也會擴大，包括像低48州這樣通常看不到北極光的地方。

副教授兼克羅夫頓學院研究員 Scott England。圖片來源：維吉尼亞理工大學本-墨菲

英格蘭和一個由大學和工業界合作者組成的團隊於5月11日利用NASA的GOLD儀器追蹤了高層大氣事件。結果發現，這是過去20年中捕捉到最強的磁暴。他們的研究結果最近發表在《地球物理研究快報》（Geophysical Research Letters）上的兩篇研究報告中，兩篇報告均由英格蘭合著。第一項研究的第一作者是來自科羅拉多大學博爾德分校的迪帕克-卡蘭（Deepak Karan），研究顯示，高層大氣中粒子的位置和擴散發生了前所未有的變化。第二項研究由第一作者、維吉尼亞理工大學88屆校友史考特-埃文斯（J. Scott Evans）撰寫，記錄了成分和溫度的變化。

在收集到的數據中，英格蘭首次目睹了一些”令人愉悅的漩渦圖案”，以及遠離極光的空氣的劇烈運動，這些運動形成了巨大的渦旋，使空氣以比颶風更大的螺旋形流動。具體觀測結果包括：

• 不可預測的低能量帶電粒子從赤道附近向極光移動
• 帶電粒子可分為兩類：低能量和高能量，後者會傷害在太空工作的人類並損壞電子設備
• 溫度和壓力的變化很可能導致漩渦的出現
• 低能量粒子的位置變化與傳播，會對全球定位系統、衛星甚至電網產生負面影響
• 對技術和環境的更廣泛影響

英格蘭說：”隨著極光的增強，你會看到更多的光，但同時，也有更多的能量進入大氣層，因此極地附近的大氣層變得非常熱，這就開始把空氣從極地推向赤道。

此外，這些變化對圍繞該大氣層區域運行的人造技術意味著什麼？

地球的高層大氣距離我們大約60 到400 英里，與太空接壤，是衛星和國際太空站的停留區。高層大氣由一些與我們生活和呼吸的低層大氣相同的粒子組成。

但它也有另一面，那就是電離層，可以把它想像成電熱毯–高度帶電且不斷波動。電離層中的這些帶電粒子使這個空間區域充滿活力。高層大氣和電離層的溫度和成分發生變化是很常見的。事實上，它在白天和夜晚都會發生可預測的變化，甚至會隨著季節的變化而變化。

英格蘭說，地球大氣中的粒子受到太空中眾多因素的影響，其中包括太陽活動。在太陽地磁暴耀斑期間，來自太陽的強烈輻射會改變地球大氣中粒子的組成和速度。那麼，為什麼最近幾個月全球各地都能看到北極光呢？

太陽黑子、耀斑和風暴的數量隨著我們稱為太陽週期的11 年周期而變化。在過去的幾年裡，隨著太陽週期逐漸走向頂峰，我們看到的耀斑數量也逐漸增加。

除了北極光的能見度，地磁暴也會對我們的科技產生一系列影響。由於無線電和全球定位系統訊號會透過這個不斷波動的”電毯”傳播，大氣層中這一層的變化會擾亂訊號，阻礙導航和通訊系統（如全球定位系統）。地球天氣和太空天氣的各種因素都會對這一關鍵層造成影響，但關於大氣層上層和下層發生變化的原因，以及這些變化會如何影響我們所知的生活，還有很多問題有待了解。

「這些風暴還會增加環繞地球流動的電流，從而影響使用很長電線的技術設備。近年來，由於電線中的電流過大，電網曾受到影響。」英格蘭說：「有記錄以來最大的地磁暴–1859 年的卡林頓事件中，地磁暴導致電報系統–當時最先進的技術–起火。

科學家懷疑，類似1859 年卡林頓事件的風暴如果發生在今天，可能會讓大量的人和企業從網路離線。雖然5 月11 日的風暴沒有造成嚴重破壞，但由於太陽週期的峰值預計將在2025 年7 月達到，我們距離了解這些潛在影響還有大約一年的時間。

英格蘭說：”我們研究地磁暴的原因之一是試圖建立模型來預測其影響。根據太陽週期，我們預計我們今年看到的情況將在未來兩年左右出現。”

編譯自/ ScitechDaily