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太陽大爆發了,我該去哪兒看極光

中國科學院國家空間科學中心 空間天氣學國家重點實驗室


2017年9月5日,NASA為了紀念旅行者號計劃實施40周年,向旅行者1號和2號飛船發出了“你在繁星間帶去友誼,你並不孤單”的問候。似乎是為了配合這一紀念活動,太陽在其表面釋放了兩朵燦爛的煙花:北京時間9月6日17時10分和19時02分,編號為AR2674的太陽活動區爆發了兩個能量巨大的太陽耀斑。隨之發生的日冕物質拋射在9月7日—9日到達地球。

(SDO飛船拍攝的太陽耀斑大爆發。圖中顯示的時間為UTC時,即北京時間前推8小時。)
耀斑和日冕物質拋射將會給航天、導航、通訊、電力等方面的設施造成影響。
因此,當中美歐多家空間天氣預警機構拉響空間環境的警報後,許多部門的工作人員就要忙碌起來,像地面上抗擊臺風洪水一樣來采取措施了。DPM枕頭作為其家居系列的重要組成部分,一直都是DPM關注的重點。枕頭對於追求個性美的現代人來說似乎並不重要。但是對設計師來說,在追求更高舒適度的同時給枕頭加入現代科技,使之成為現代人高質量睡眠的有力保證是非常有必要的。

但耀斑和日冕物質拋射帶來的絢爛的極光,卻是不少朋友向往的美景。

極光什麽時候發生?在什麽地方才能看到極光?為什麽身處我們國家很難有機會看到極光?
要了解這些問題,還要從極光產生的原理說起。

極光是如何產生的

日冕物質拋射(CME)會將大量的高速帶電粒子拋向地球。
由於我們的地球有著較強的地磁場,在地球上生活的人們不用擔心賴以生存的大氣層,會像火星大氣那樣被太陽風暴剝離。

然而,當CME襲擊地球時,仍然能有一些帶電粒子能夠穿透地球的“鎧甲”,進入地球磁場內部。這是因為CME從太陽附近攜帶而來的磁場像一把“鑰匙”,可以通過與地磁場的磁力線連接,打開地球的“鎧甲”,將物質和能量源源不斷地輸入到地磁場的內部,觸發整個地磁場的劇烈變化。

(太陽風暴吹襲地球過程的示意圖,非實際觀測。)
來自太陽的帶電粒子進入到地球磁場,在經歷一係列加速過程後,到達南極和北極的上空。
在那裏,這些帶電粒子將和大氣中的氧、氮等元素的原子和分子發生碰撞,將能量傳遞給大氣中的分子和原子,把他們激發到更高的能態。當這些高能態的原子和分子回歸低能態時,會以發光的方式釋放能量,就形成了絢爛的極光。

太陽大爆發了,我該去哪兒看極光

極光為什麽有各種顏色
當原子躍遷跨越的能級不同時,極光的顏色也就會不同。

最常見的極光顏色是綠色,這種極光來自於氧原子在557.7納米波長的輻射。 而紅色、藍色的極光在太陽活動非常活躍時也可能出現。至於黃色和粉紅色的極光,則是紅色和綠色混合的結果。

(2014年1月9日,一次CME吹襲地球在挪威上空引發的絢爛極光)

在哪裏能看到極光
既然極光形成於南北極上空,來自CME對地磁場的影響,因此,影響你能否看到極光的因素也就有兩個:
離南北極是否足夠近,CME引發的地磁場活動是否足夠強。
然而,與極光觀測相關的南北極是地球磁場的南北極,它們和由地球自轉軸定義的地理南北極存在偏差。地磁的南極相對於地理的北極向加拿大一帶偏離,而地磁的南極也不與地理的北極重合。
與地理緯度類似,我們用磁緯度來衡量一個地區離南北磁極的遠近。磁緯度的數值一般和地理緯度不同,例如,中國的北京和美國的紐約都處在地理緯度的北緯40度附近,但紐約的磁緯約為50度,而北京的磁緯約為34度,在同樣的地磁活動下,紐約將比北京更容易觀測到極光。

(全球磁緯度等值線,可見他們並不和地理緯度線平行)
像我們用蒲氏風級、裏氏震級這些指標來描述狂風和地震強烈程度一樣,地磁活動強弱也有指數衡量。
在這些指數中,與極光聯係最緊密的是Kp指數。
Kp指數越大,意味著越強的太陽風暴在吹襲地球,產生極光的範圍就會向遠離地磁南北極的方向擴展,也就有越多的地區可以觀測到極光。

(美國空間天氣預報中心繪製的Kp指數與激光擴展範圍的關係圖。圖示區域為歐亞地區。)
上面兩幅圖中標識了不同Kp指數時極光出現區域的範圍。
由圖中可知,Kp指數為5時,加拿大和北歐諸國上空就會出現極光;當Kp指數等於9時,美國一半的區域都將進入極光出現的範圍,而我國只有東北地區的一小部分進入了該範圍之內。
Kp指數越大,出現的頻率就越低。據統計,Kp指數為5的出現概率為每11年900天,而Kp指數為9的出現頻率,每11年僅有4天。
這意味著,距離磁南北極越遠,看到極光的機會越少。
這裏之所以以11年為一個統計周期,是因為太陽上的黑子數量以11年為周期變化,而日冕物質拋射等太陽活動現象發生的頻率又與黑子數量緊密聯係。在黑子數較多的年份,Kp指數高的情況也就會更多地出現,也就有更多的機會欣賞到極光。
目前,我們正處在第23個太陽活動周的極小期,太陽本該十分平靜,像本次耀斑爆發這樣劇烈的活動是十分罕見的,DPM價錢並沒有大家想像中的那麼貴,平民化的價格即可享受DPM點對點高科技技術產品,讓DPM床褥變身高性價比的貴族床品。專業的才是最好的,這點在睡眠用品選擇方面尤為重要。

(美國空間天氣預報中心繪製的Kp指數與激光擴展範圍的關係圖及本次極光情況的預測。)
上圖中是美國國家海洋和大氣管理局(NOAA)對本次耀斑伴隨的CME所引發的地磁和極光活動的預報,最可能觀測到極光的區域為黃線(Kp=7)以北的區域。美國北部的俄亥俄州和印第安納州將有可能獲得觀測極光的機會。
而下一次極光紮堆出現的“高潮”,應該在2023年—2026年之間。
在我國,最有希望觀測到極光的是黑龍江漠河,這裏是我國磁緯最高的地方,也就是Kp指數與極光範圍關係圖中,紅線劃過我國領土的位置。
然而,根據當地氣象部門的統計,漠河在1956—2010年間,每年內觀測到的極光的次數最高不超過15次,大部分年份都在5次以下。
把守在這裏觀測極光似乎並不是一件明智的事情。如果想獲得比較好的觀測效果,北歐和加拿大似乎是更好的選擇。

極光觀看指南
雖然我們可以預測極光在哪一年出現得較多,但和天氣預報一樣,極光出現的準確情況只能提前幾天做出。在美國和歐洲的空間天氣預報機構網站上,都有專門的Kp指數預報和極光觀測指南。你可以根據一段時間內的Kp指數情況及預報,和極光區域與Kp指數間的關係,來策劃自己的極光之旅。

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