上个周末,随着太阳活动剧烈爆发,一场20年未见的特大地磁暴来袭,罕见的极光大秀连续两晚光顾地球。
5月11日凌晨,在阿勒泰天文台,知名星空摄影师戴建峰拍摄的极光。图/戴建峰微博
在新疆,北到阿勒泰禾木、南到巴州尉犁,西到博州赛里木湖、东到哈密市淖毛湖,众多“追光者”都拍摄到唯美浪漫的华丽极光。
一时间,美轮美奂的极光照片“刷爆”朋友圈,也将“新疆极光”、“阿勒泰极光”等话题送上了微博热搜。
先来回顾一下,极光爆发时的那些绝美瞬间(请横屏点击欣赏)。
是谁“点燃”这场极光秀
极光的源头是太阳。此次罕见极光的爆发,“幕后推手”正是“发飙”的太阳黑子活动区AR3664。
日冕物质抛射与地球磁层相互作用,产生地磁暴和极光。图/NASA
来自太阳的高能带电粒子,受地磁场的导引作用,在南北极地区进入大气层,与大气中的气体分子发生碰撞使其发光,在极地附近形成一个环状极光区。其中,高能带电粒子主要来自爆发的太阳风,即日冕物质抛射(CME)。
今年是第25个太阳活动周期高峰年,太阳活动明显增强。据统计,5月3-11日,太阳共爆发了12个X级耀斑和60余个M级耀斑,其中前5个X级耀斑来自于黑子活动区AR3663,但没有伴随明显的日冕物质抛射。
“夸父一号”WST望远镜观测到的日面黑子活动区AR3663和AR3664(中国科学院紫金山天文台团队提供)。图/国家空间科学中心微信公众号
随后“接班”的黑子活动区AR3664却十分不同。这个巨型黑子群不仅极度活跃,而且非常巨大,是地球直径的15-16倍,尺寸几乎与1859年的著名太阳黑子群相当。后者引发了历史上记录的最大一次太阳风暴——卡灵顿事件。
5月8日至11日,AR3664共爆发了7个能量最大级别的X级耀斑,其中最强达到X5.8级,爆发密度刷新了本次太阳活动周新纪录,在历史上也并不多见。更为重要的是,几乎每一个大耀斑都伴随朝向地球的日冕物质抛射。
5月8-9日观测到的多个全晕CME(SOHO卫星观测,世界时)。图/国家空间科学中心微信公众号
这些日冕物质抛射过程发生的位置相对地球比较正,属于“全晕日冕物质抛射”,更易引起比较强的地磁活动。
在这些日冕物质抛射“连环炮”一般的影响下,太阳高能带电粒子产生叠加,在2~3天后到达地球,于5月11日凌晨开始,制造了20年来最强的地磁暴。
据国家空间科学中心统计,5月11日2时至8时,地磁发生强烈扰动,Kp指数连续6小时达到最强地磁暴等级(Kp=9,即全球磁场指数,数值越大对应的地磁活动越强),为2004年11月以来最强地磁暴。
在特大地磁暴和大气的共同作用下,罕见的极光盛宴如期而至。对于北半球来说,正是由于此次地磁暴的等级之强,导致极光可见范围往南扩,通常出现在高纬度地区的极光覆盖面扩大至中低纬度地区,新疆多地得以观赏到此次极光大秀,其中纬度最高的禾木位于北纬48°左右,最低的尉犁位于北纬41°左右。
北极光的分布南界,G或Kp指数越大时,极光强度越大、范围越大。图/武汉文化旅游博览会微信公众号
为何大多为红色而非绿色
我们平时看到的极光图片大多是在极圈附近拍摄的,以绿色居多。为什么这一波发生在新疆的极光主要是红色呢?
事实上,极光并非只有一种颜色,它的颜色取决于大气的成分和高度。
极光产生的高度范围为距离地面的80—1000公里,主要集中在90—400公里。在300公里以上,以波长670纳米的浅红色为主;200—300公里,以波长630纳米的深红色为主;100—200公里,以波长557.7纳米的绿色为主;100公里以下,则是蓝色、紫色或多种颜色混合成的深红色。
人类观测极光示意图(资料来源/李斌 绘图/吴筱兰)。图/中国国家地理
由于地球磁场等因素作用,在两极地区,太阳活动产生的高能粒子可以深入到距地面约100千米的大气中。在该区域,粒子碰撞频繁,受激发的分子氮通过碰撞将能量传递给原子氧,此时微观粒子跃迁会发射波长为557.7纳米的光,呈现出绿色。
而在中纬度地区,极光一般发生在距地面250—400千米的高空大气中,其波长为630纳米,呈现出红色,人眼对这个波长并不敏感,只有在太阳活动引发强烈地磁暴、红光足够亮时,才能看到。在此次特大地磁暴的作用下,加上普遍晴好的天气,新疆才会如此大范围的观测到了红色极光。
要想在我国看到绿色极光,则要等到太阳活动更加强烈,高能粒子轰击到中纬度地区距地面100千米左右的大气中时才有可能。此次新疆阿勒泰地区出现绿色极光,间接说明了地磁暴事件的强烈程度。
5月14日,日面西边缘的AR3664(左图)和爆发的X1.7级大耀斑(右图)(SDO卫星)。图/空间环境预报中心网站
目前,活动区AR3664即将转出可视日面,虽然未来几天仍可能继续爆发M级及以上级别耀斑,但预计不会再产生明显的对地效应。
虽然这一轮惊艳的极光已落下帷幕,但第25个太阳活动周期高峰年还在继续,下半年或明年依然有可能再次出现剧烈的太阳活动,并引发强地磁暴和极光。你期待吗?
(资料来源:空间天气、国家空间科学中心、空间环境预报中心、中国国家地理、中国科学院紫金山天文台、科技日报、 星联CSVA)
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