北京时间11月12日8时开始，地球出现磁暴过程。磁暴的发生，会伴随着极光的出现，从12日开始的未来三天，我国北方一些地区都有机会看到极光。
先来欣赏下12日晚，网友们拍下的美丽极光吧！
网友韩路昨夜在北京北部拍下的极光
摄影师戴建峰拍下呼伦贝尔的绝美极光
摄影师戴建峰拍下呼伦贝尔的绝美极光
极光和地磁暴有什么关系？
极光是一类发光的空间天气现象。大量来自太阳的高能带电粒子流（也称作太阳风）在进入地球磁场后，多数被磁力线集中偏转到磁极周边并沉降，当它们与高层大气（100千米或以上）的分子或原子碰撞后，大气分子或原子获得能量而被激发或被电，当这些分子或原子回复到初始基态或复合为中性粒子时，部分释放的能量会以可见光形式发出。
由于当前磁极也均位于地理上的南北两极附近，因而这类发光现象集中在高纬度地区（尤其是环绕磁极的“磁纬度”较高地区，这里也被称作极光带），极光也因此得名。
太阳高能粒子流（太阳风）对地球周边区域/地磁场相互作用的示意图
而这来自太阳的高能带电粒子流主要起源自太阳大气最外层——日冕层。
通常情况下，这些带电粒子被封闭的太阳磁场所束缚，难以成规模地逃离，但有两类情况下，它们会顺利喷薄而出：
一是日冕存在较稳定（持续数日）的特定结构，如冕洞这类温度较低、磁场线较为开放的结构，带电粒子流会在这里成功逃脱太阳磁场束缚，形成冕洞高速流；
而比其更为剧烈的，则是强烈太阳活动（包括但不限于耀斑爆发）引发的异常磁场扰动，导致磁力线出现局部开放，此时这些“磁场缺口”处更容易出现带电粒子流的快速喷薄而出，并形成日冕物质抛射（CME）事件——后者往往会引发更显著地球磁场全球性剧烈扰动现象，一般称作为地磁暴。
当前太阳的远紫外线波段影像图。图中右下部分的暗色区域正是温度较低、磁力线较为开放的冕洞，它对高能带电粒子流的产生和最近的地磁暴与极光活动有一定贡献。图片来源：美国航天局（NASA）下属太阳动力学天文台（SDO）
地磁暴除了直接反映地磁场的剧烈扰动，也代表着高能粒子流冲击地球高层大气。当出现这种大型的地磁暴时，会对我们产生什么影响？2024年5月10日发生的一次地磁暴，可能会给我们一些答案。
一次观测最完整、影响最广泛的太阳风暴事件
2024年5月10日，太阳释放出的一团炽热粒子云撞向地球。这不是它第一次发火，但这一次，我们正好在“演习”。
就在这场风暴爆发的前几天，NASA联合30多个政府机构，正在模拟一场地磁危机的演练。他们的任务是，进行这样一场测试：如果太阳真的来一发，我们能否应对？
预案刚推演到一半，一位空间天气专家打断了讨论：“对不起，我们得暂停——太阳风暴真的来了。”
这不是巧合。太阳正进入一个活跃期。但没人想到，这场风暴会成为人类有记录以来，观测最完整、影响最广泛的一次太阳风暴事件。
最先受到影响的是农场主
2024年5月10日的这场风暴到达地球后，最先受到影响的，并不是卫星，而是农场主。
在美国中西部，一些农用拖拉机配备了GPS自动导航系统。风暴干扰了导航信号，导致这些机器偏离既定路径，直接耽误了春季播种。
据美国堪萨斯州立大学的农业经济学家特里·格里芬估算，受影响的农场每家平均损失约1.7万美元。
“他们不会因此破产”，他说，“但他们会记住那一周。”
风暴带来的，不仅是数字上的损失。它开始在我们习以为常的系统里，撕开一条条缝。
大气膨胀，卫星挣扎
2024年这场风暴的源头，是一个活跃太阳区域连续释放出多次日冕物质抛射（CME），最终合并成一个超大规模的“粒子云”，撞击地球磁场。
被撞击后的高层大气（热成层）像被鼓风机吹胀的帐篷一样升温膨胀。在160公里高空，温度从平时的650℃上升到1400℃以上，原本稀薄的大气变得厚实，对卫星产生了更大的阻力。
NASA的ICESat-2卫星因此失速，进入了安全模式；另一颗小型科学卫星CIRBE，则在几个月后提前坠入大气烧毁。
更多卫星不得不使用额外动力维持轨道，其中包括欧空局的哨兵系列卫星，甚至要调整轨道避开空间垃圾。
一场看不见的太空风，正在逼近每一颗绕地运行的机械。
磁场扭曲、电子激增
与此同时，风暴也扰动了地球的磁场结构。NASA的MMS和THEMIS-ARTEMIS探测器记录下巨大的粒子波动与翻卷的磁力线，这不是平常的小骚动，而是20年来最大规模的磁层电流变化。
科学家惊讶地发现，这次风暴还临时“制造”了两条额外的辐射带，它们夹在地球的两个永久性范艾伦辐射带之间。其中一条含有大量高能质子，这是此前从未见过的组合。
对于靠近赤道发射的火箭、在高轨道运行的通信卫星，乃至未来准备前往月球与火星的宇航员而言，这意味着我们必须重新评估路径、屏蔽与风险。
太空，不再只是轨道的几何问题，而是变成了一场复杂的辐射棋局。
紫红色极光
熟悉现象的陌生面孔
如果说科技系统的损伤是科学家的关注重点，那么极光的变化，则吸引了普通人的目光。
2024年的这场风暴点燃了全球的夜空。从澳大利亚到南欧、从美国南部到日本和中国，人们拍下了惊艳的光带。但在日本，研究人员注意到一种异常——极光呈现出罕见的紫红色。
他们研究了上百张照片，分析高度与光谱，发现这种颜色可能是高达960公里高处的氧分子与氮分子共同发光的结果，比通常红色极光的高度还高了200多公里。
NASA的科学家约什·佩蒂特说：“这是一种特殊的条件造成的现象，它需要风暴的能量、热成层的扩张，以及大气成分的变化共同出现。”
极光不只是美丽的光舞，有时它也在告诉我们：大气正在经历一些不寻常的事。
火星上的影响
在2024年的这场风暴绕过地球几天后，那片太阳活跃区继续释放粒子云，这一次，它的方向指向了火星。
NASA的MAVEN探测器观测到火星整个夜半球被紫色极光覆盖。它的紫外成像仪甚至被强烈信号“灌满”，一度无法正常工作。
与此同时，NASA好奇号火星车的导航相机拍到图像中出现了“雪花噪点”——那是高能粒子干扰相机传感器的痕迹。
更令人震惊的是，辐射探测仪记录到自2012年以来的最高辐射水平，等效于接受30次胸透。
如果那时有宇航员在火星表面，没有防护的话，他们将在短短数分钟内遭受一次严重照射。
太阳的情绪，即使远隔上亿公里，也照样影响着另一颗星球的地表与天空。
人类该如何面对下一次风暴？
这次事件被命名为“甘农风暴”，以纪念已故的空间天气物理学家詹妮弗·甘农。NASA称之为“人类记录中最全面的一次地磁风暴观测”。
这场风暴没有造成灾难性损失，但却如同一场天文版的压力测试，揭示了我们的脆弱——卫星的运行边界、导航的依赖性、农田作业的自动化、飞行路径的灵活度，甚至未来火星任务的生命保障系统，都需要重新审视。
我们无法控制太阳，但我们可以未雨绸缪。
“太阳活动周期尚未到达巅峰，”NASA空间天气项目主任杰米·费沃斯说，“但相比20年前，我们已经拥有更多的数据、更好的方法和更完善的预警机制。”
这场风暴似乎在提醒人类：虽然我们有幸生活在一颗被磁场呵护的星球上，但那层磁场，并不总是坚不可摧。
参考文献
[1]XinlinLietal,ANewElectronandProtonRadiationBeltIdentifiedbyCIRBE/REPTile‐2MeasurementsAftertheMagneticSuperStormof10May2024,JournalofGeophysicalResearch:SpacePhysics(2025).DOI:10.1029/2024JA033504
[2]https://www.nature.com/articles/s41598-024-75184-9
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作者为复旦大学大气与海洋科学系博士生中国科普作家协会会员
Steed星空摄影师天文科普创作者
来源：科普中国
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