據中國氣象局消息 3 月 24 日、25 日和 26 日三天可能出現地磁活動。其中 3 月 25 日會發生中等以上地磁暴甚至大地磁暴，預計地磁活動将持續到 26 日。
相關消息一經發布，關于 " 地磁暴 " 的話題多次登上各種社交平台熱搜。
一些網友還表示，大地磁暴給自己身體帶來了或多或少的影響：
那地磁暴到底是什麽？真的會給我們身體帶來各種各樣的影響嗎？其實在去年 12 月 1 日左右也爆發過一次地磁暴，一些天文愛好者還在北京觀測到了極光 ...... 今天就一起來聊聊！
去年 12 月 1 日網友拍攝到的北京極光。圖片來源于微博
呼喚洪荒的太陽風：
極光與地磁暴的産生
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極光是什麽
要想知道地磁暴是什麽？首先要來講講大多數人熟知的極光是怎麽發生的。
極光是一類發光的空間天氣現象。大量來自太陽的高能帶電粒子流（也稱作太陽風）在進入地球磁場後，多數被磁力線集中偏轉到磁極周邊并下落，當它們與高層大氣（100 千米或以上）的粒子碰撞後，大氣粒子獲得能量而被激發或被電，當這些粒子回複到初始基态或複合爲中性粒子時，部分釋放的能量會以可見光形式發出。
由于當前磁極也均位于地理上的南北兩極附近，因而這類發光現象集中在高緯度地區（尤其是環繞磁極的 " 磁緯度 " 較高地區，這裏也被稱作極光帶），極光也因此得名。
太陽高能粒子流（太陽風）對地球周邊區域 / 地磁場相互作用的示意圖
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爲什麽極光會有不同的顔色？
極光的缤紛顔色與不同的大氣粒子和發光過程有關，也處在不同的高度。
如最常見的綠色極光，是氧原子被激發到激發态後，較短時間（1 秒内到數秒）回複到基态時發出的光，通常在 100～200 千米高；而紅色極光同樣是激發态氧原子回複後的發光，但這一過程需要較長時間（數十秒到百餘秒），期間一旦與其他粒子碰撞将損失這部分能量而無法發光，因而紅色極光最主要在粒子密度更低、高度更高的層面相對常見（約 200～350 千米）。
通常而言，由于高空能發光粒子較爲稀薄，紅色極光的強度相較綠色極光偏弱，但由于極光帶在我國以北數百千米甚至更遠，我國北方能看到的極光高度角都較低，加之地球表面的弧度、地形等遮擋，因而對于我國北方等中緯度地區，反而高度較高、強度相對較弱的紅色極光更容易被看到。
此外，藍色爲氮原子激發 / 電離後發出的光，但氮原子更難被激發電離，它出現的頻率也不如紅 / 綠色極光高。
極光高度和顔色的關系，以及我國在内的中緯度地區可視範圍示意圖。圖片來源：中國國家地理
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地磁暴是什麽
而這來自太陽的高能帶電粒子流主要起源自太陽大氣最外層——日冕層。日冕層溫度極高的同時物質極其稀薄，此時物質以帶電的等離子體形式存在。通常情況下，這些帶電粒子被封閉的太陽磁場所束縛，難以成規模地逃離，但有兩類情況下，它們會順利噴薄而出：
一是日冕存在較穩定（持續數日）的特定結構，如冕洞這類溫度較低、磁場線較爲開放的結構，帶電粒子流會在這裏成功逃脫太陽磁場束縛，形成冕洞高速流；
而比其更爲劇烈的，則是強烈太陽活動（包括但不限于耀斑爆發）引發的異常磁場擾動，導緻磁力線出現局部開放，此時這些 " 磁場缺口 " 處更容易出現帶電粒子流的快速噴薄而出，并形成日冕物質抛射（CME）事件——後者往往會引發更顯著的磁暴。
去年 12 月地磁暴期間太陽的遠紫外線波段影像圖。圖中右下部分的暗色區域正是溫度較低、磁力線較爲開放的冕洞，它對高能帶電粒子流的産生和最近的地磁暴與極光活動有一定貢獻。圖片來源：美國航天局（NASA）下屬太陽動力學天文台（SDO）
當 CME 對應的高能粒子流進入地球磁場範圍後，會使地磁場壓縮變形，并将大量帶電粒子注入磁層區域，引發磁層環電流急劇變化；而由于變化的電流會産生變化的磁場，這一部分帶電粒子流會給地磁場額外附加一部分感應磁場，這額外附加的部分就被稱作地磁擾動，其中較強者會稱作地磁暴。
所以地磁暴和極光是這些太陽高能粒子流影響的兩面，可以通過監測地磁暴事件的強度預報極光的強度。
通常而言，越正對地球、速度越快的 CME，會産生越強烈的地磁暴；而 CME 也具有不同形态，通常以 CME 兩端夾角衡量，完全成環（360 °）者被稱作暈狀 CME —這類通常是正對地球、速度極快的 CME 事件，往往會引發強地磁暴事件。
電 · 磁 · 光的交織：
地磁暴對生活的影響
地磁暴除了直接反映地磁場的劇烈擾動，也代表着高能粒子流沖擊地球高層大氣。
在這類大地磁暴活動時，磁極附近的高緯度區域地面會因爲磁場的快速變化進一步激發感應電流，并對當地電網等産生一定幹擾，此外高緯度區域地磁導航、衛星導航和低頻無線電波導航等方式等也會受到明顯幹擾。
由于高能帶電粒子流增強，部分帶電粒子會深入極地平流層而讓這一層面電離輻射增強，對經過極地區域的航班飛行也稍有影響。
而根據研究數據彙總而看，單次極地航班飛行時遭遇的劑量爲 2.5～4 μ Sv/h（上限在太陽活動高峰時達到），雖然這是天然本底輻射（約 0.2 μ Sv/h）的 12～20 倍，但如果隻是作爲普通乘客的每年數次飛行，即使時間較長、在太陽活動高峰期間飛行，也遠低于安全電離輻射劑量阈值（建議普通公衆爲每年 1000 μ Sv，而職業工作者爲每年 20000 μ Sv），不會造成明顯影響，但對于常年工作在極地航線的機組乘務人員，部分研究認爲總輻射劑量可能接近安全阈值，也需要更多研究确認。
在大氣層之外，高能粒子流和地磁擾動同樣對空間站、衛星的電氣元件工作、飛行姿态等産生影響，在軌航天員需要注意。甚至對于部分低軌道航天器而言，由于運行區域大氣密度稍大，地磁暴期間可能出現大氣密度進一步升高而阻力增大，影響航天器軌道變動甚至提前墜落，這些都是需要防範。
而以本次大地磁暴級别的事件，對于包括我國在内的中緯度地區日常生活，如電子器件、通訊、飛行航班等，都不會造成任何明顯影響。
對于更多普通人而言，目前并無充分證據表明地磁暴對身體狀況存在影響。較強地磁暴的對普通人最直觀的體驗，則是在高緯度區域（準确而言，是磁極周邊的磁緯度較高區域）更可能看到絢爛極光，且随着高能粒子流向赤道方向擴張，不少中緯度地區，包括我國北部也能看到極光。隻是前文已經提及，我國北方的極光視角較低且較爲暗淡，必須在足夠空曠、能避開城鎮燈等光污染區域，如果緯度不夠高，在城鎮裏是很難見到。
參考文獻
[ 1 ] 顧江陽 , 董曉梅 , 孟祥蘭等 . 飛行人員宇宙輻射估算與實驗測量的比較研究 . 航天醫學與醫學工程 ,2016,29 ( 05 ) :318-321.DOI:10.16289/j.cnki.1002-0837.2016.05.002.
[ 2 ] Chulliat, A., Hulot, G. & Newitt, L. R. Magnetic flux expulsion from the core as a possible cause of the unusually large acceleration of the north magnetic pole during the 1990s. J. Geophys. Res. 115, B07101 ( 2010 ) .
[ 3 ] Chulliat, A., Macmillan, S., Alken, P., et al. ( 2015 ) . The US/UK World Magnetic Model for 2015 -2020. http://dx.doi.org/10.7289/V5TB14V7
[ 4 ] Livermore, P.W., Finlay, C.C. & Bayliff, M. Recent north magnetic pole acceleration towards Siberia caused by flux lobe elongation. Nat. Geosci. 13, 387 – 391 ( 2020 ) . [ 5 ] https://doi.org/10.1038/s41561-020-0570-9
[ 6 ] Matzka, J. & Stolle, C. & Yamazaki, Yosuke & Bronkalla, O. & Morschhauser, A. ( 2021 ) . The Geomagnetic Kp Index and Derived Indices of Geomagnetic Activity. Space Weather. 19. https://doi.org/10.1029/2020SW002641.
策劃制作
作者丨風雲夢遠 氣候學方向在讀博士
審核丨韓文标 中國科學院上海天文台 研究員
策劃丨徐來
責編丨一諾
審校丨徐來 林林
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