磁暴带着太阳“怒气”骚扰人类

刘勇

最近，一條有关磁暴的新闻进入公众视野。俄罗斯紧急情况部预测2018年地球至少将遭遇20至35次磁暴，提醒人们做好应对准备。不过，大多数人并不知道什么是磁暴，更别提应对了。

要知道，地球的磁场是地球空间的“保护罩”，保护着地球上的各种生命。这个“保护罩”有一定弹性，当来自太阳的高速粒子流吹到地球空间时，它会发生形状变化，引起地球附近磁场的扰动，这就是我们通常说的磁暴。

磁暴有哪些破坏力？它如何影响我们的生活？

要搞清楚这两个问题，我们先得谈一谈卫星。今天的社会，卫星的应用深入到生活的每个环节。电视信号通过卫星传递，风云卫星提供气象信息，GPS和北斗卫星为我们定位，连购物使用信用卡的信息也能通过卫星传递。而和磁暴相伴相随的高能粒子，却是卫星设备的“敌人”。

高能粒子以接近光速运动，它有两种“手段”破坏卫星：一种情况下，高能粒子使卫星内部产生充电，当充电超过一定的电压，卫星设备会被击穿而损坏;另一种情况下，这些高能粒子闯入芯片内部，改变存储单元的状态，产生错误代码和指令，影响仪器正常工作，严重时导致仪器损坏。

1998年5月的美国就被这些高能粒子“秒杀”了上亿美元。当时，强磁暴导致通信卫星银河四号和地面失去联系，使得股票交易几乎完全中断，股民恐慌情绪瞬间蔓延，直接经济损失数以亿计。

而磁暴给人们生活带来的影响大概让加拿大魁北克人记忆犹新。1989年3月13日，魁北克省大面积停电，900多万人在春寒料峭的夜晚冻得瑟瑟发抖。更让人不堪忍受的是，这次停电长达几个月。其罪魁祸首，就是磁暴引起的感应电场。感应电场在输电线的两端加上了一个额外的电压，多台变压器因过载而烧毁，制造、安装新变压器花费了几个月。

现在，磁暴以更普遍的方式侵袭我们的生活，比如通信和导航。大磁暴通常会引起地球上空电离层的扰动。电离层是地球大气50公里以上到1000公里的区域，这是卫星通信和导航信号的必经之路。发生磁暴时，电离层被扰动，成了一块变幻不定的“毛玻璃”，通信信号的衰减因此变得时大时小，影响卫星通信效果;导航信号通过电离层的时间也因此延长，如果不能准确消除额外增加的时间，定位就会失准。

让人们难以应对的是，磁暴的预测并不容易。

磁暴的根本原因是来自太阳的扰动，直接原因却是围绕地球的环电流增强。环电流由地球上数万公里高空的高能粒子运动形成，强磁暴发生时，构成环电流的主要成分是来自下方电离层的氧离子。这些离子如何从几百公里的电离层爬到数万公里的高空始终是个谜。

由北京大学和中国科学院国家空间科学中心联合提出的磁层—电离层—热层耦合小卫星星座计划，正在探索导致这些离子上行的物理过程。兴许在不远的将来，科学家能更深刻地认知磁暴，更准确地预报磁暴的发生，更大限度地减少磁暴带来的危害。