期待极光、太阳耀斑和更多来自太阳活动高峰期的空间天气

在我们当前的太阳周期高峰期,空间天气正在升温

Illustration of Earth with magnetosphere lines drawn to represent conditions during a solar storm. A coronal mass ejection compresses Earth’s magnetosphere. The illustration is rendered in glowing orange, with green auroras visible on the dark side of Earth’s poles.

马修·特温布利

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随着太阳活动达到高峰,极光可能会变得更加常见,卫星通信和电网可能会受到干扰。我们最近的恒星总是动荡不安,但其磁场活动在一个 11 年的周期内盛衰交替。太阳被认为现在正处于高峰期,尽管科学家还需要一到两年的时间来分析数据才能确定。在这个高峰期,我们应该看到更多的太阳黑子(太阳磁场到达表面的黑暗区域)和太阳风暴(从太阳喷射到太空并可能影响地球的能量)。

在风暴期间,能量以光和粒子(称为太阳耀斑)以及等离子体和磁场(称为日冕物质抛射,或 CME)的形式从太阳爆发出来。如果 CME 撞击地球的磁层,它可能会严重破坏我们地球的磁场,注入能量、等离子体和粒子,并加热和扭曲地球的上层大气——电离层。所有这些混乱都可能阻碍卫星之间的无线电信号,并感应出可能损坏电网的强大电流。从好的方面来说,当大量粒子冲击地球两极的大气层时,我们通常会看到美丽的北极光和南极光。

“我们需要更好地为空间天气做好准备,”NASA/NOAA 现行周期太阳周期预测小组联合主席、太阳物理学家丽莎·厄普顿说。“给您的国会议员写信,告诉他们支持太阳物理学。”


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什么是空间天气?

太阳向太空释放的能量、辐射和等离子体的量(统称为太阳风)随着太阳磁场活动的变化而变化。极端事件,例如 CME 和强烈的太阳耀斑或风暴,会产生空间天气。地球大气层通常充当保护我们免受太阳大部分影响的保护伞。然而,在严重的空间天气期间,它可能会突破这个边界并影响我们的星球。

Illustration shows the Sun and Earth for two scenarios. In normal conditions, the pressure of the solar wind compresses Earth’s magnetic field on the solar-facing side to six to 10 times Earth’s diameter. When a large CME smashes into the magnetosphere, it compresses it much closer to Earth than usual. The CME’s own magnetic field can disrupt Earth’s magnetosphere, potentially setting off a geomagnetic storm.

马修·特温布利

预测

像地球上的气候一样,空间天气也有自己的季节,称为太阳周期。大约每 11 年,太阳磁场达到其最大活动水平。在太阳活动极小期,我们每周观察到大约一次 CME,但在我们现在所处的极大期,我们每天看到大约两到三次。科学家可以通过观察我们恒星上可见的太阳黑子的数量来预测太阳活动。在极小期,我们可能只会看到几个太阳黑子,甚至一个也看不到,而在太阳活动极大期,我们可以预期一次最多可达 200 个。

Chart shows sunspots observed by month, starting in 1900. The sun operates under a roughly 11-year solar cycle, creating a regular pattern of valleys and peaks in sunspot count. In May 2024, 172 sunspots were observed.

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影响

空间天气影响地球电离层的密度和湍流。当无线电信号穿过大气层的这一层时,其不断变化的厚度可能会使波浪沿扭曲的路径发送,从而影响通信传输。涌向地球的大量粒子会导致更明亮和更广泛的极光,以及导致停电的电网浪涌。

Illustration shows the curvature of Earth and five impacts of solar storms; power surges, radiation exposure, strong auroras, and radio signal and satellite communication disruption.

马修·特温布利

克拉拉·莫斯科维茨大众科学的高级编辑,她在那里负责报道天文学、太空、物理学和数学。她在大众科学工作了十年;此前她曾在 Space.com 工作。莫斯科维茨曾对火箭发射、航天飞机升空和着陆、亚轨道太空飞行训练、山顶天文台等进行过现场报道。她拥有卫斯理大学的天文学和物理学学士学位,以及加州大学圣克鲁斯分校的科学传播研究生学位。

更多作者:克拉拉·莫斯科维茨

马修·特温布利 是一位自由插画家和信息图表设计师。他的作品可以在 www.matthewtwombly.com 上查看

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大众科学 Magazine Vol 331 Issue 2本文最初以“我们暴风雨般的太阳未来”为标题发表于大众科学杂志第 331 卷第 2 期(),第 90 页
doi:10.1038/scientificamerican092024-3bKE99q85H0yNvD8CqaTib
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