磁暴是什么太阳活动引起的 航天器为何惧怕地磁暴
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发布时间：2024-10-18 15:34
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时间：2024-11-07 08:49
磁暴是什么太阳活动引起的
磁暴是太阳黑子爆发活动引起的，磁暴现象是指当太阳表面活动旺盛，特别是在太阳黑子极大期时，太阳表面的闪焰爆发次数也会增加，闪焰爆发时会辐射出X射线、紫外线、可见光及高能量的质子和电子束。其中的带电粒子（质子、电子）形成的电流冲击地球磁场，引发地磁扰动现象称为磁暴。
19世纪30年代，在德国科学家高斯和韦伯建立地磁台站之初，他们就发现地磁场经常有微小的起伏变化，但当时他们并没有认识到这是由太阳引起的。之后，1859年9月1日，英国人卡林顿在观察太阳黑子时，首先观测到了太阳耀斑。第二天，地磁台站记录到1600纳特斯拉的强烈地磁扰动。这个偶然的发现和巧合，使他认识到地磁扰动居然与太阳爆发活动有关。
磁暴的成因
高速等离子体云从太阳日冕抛射出来，相对背景太阳风速度更高，携带着日冕磁场冲击地球磁层，使磁层压缩变形。并且它通常携带南北方向转动的磁场，当磁场转为南向和地磁场相互作用时，太阳风会将巨大的能量倾泄到磁尾的大尺度空间中，使磁尾等离子体片中大量的带电粒子注入到环电流中，使环电流强度发生变化，而变化的电流会产生变化的磁场，从而引起全球范围剧烈的地磁扰动——地磁暴。
能够产生高速太阳风并引发强的行星际磁场南向分量的源有两类，一类是太阳日冕物质抛射（CME），另一类是太阳冕洞。
航天器为何惧怕地磁暴？
当发生太阳耀斑和日冕物质抛射等剧烈的太阳爆发事件时，强大的太阳风冲击和压缩地球磁层，大量带电粒子沿磁力线沉降、轰击高层大气，产生极光并使极光带膨胀。同时，带电粒子的冲击引起地球电离层中等离子体的对流，通过碰撞驱动中性风的产生；在太阳风携带的磁场与地球磁场发生重联时，大量能量和带电粒子快速注入地球磁尾空间，对地球周围环电流的强度产生剧烈扰动，而快速变化的电场又与磁场相伴相生，导致全球范围内的地磁场发生剧烈扰动，从而形成地磁暴。
在地磁暴期间，受到高能粒子沉降和焦耳加热（电流通过电阻产生热效应）的作用，地球大气层可能受热膨胀，引起高层大气的密度增加，最终导致在近地轨道上运行的卫星受到的大气阻力明显加强。
根据美国国家大气海洋局空间天气预报中心的数据，就在SpaceX的40颗星链卫星坠毁前几天（1月30日）刚好发生了一次太阳爆发活动，产生的太阳风粒子流于3天后（2月2日）到达地球附近。因此有理由推测，正是它们引起的地磁暴导致了2月4日卫星的快速衰减和最终坠毁。
在世界航天史上，因为地磁暴引起大气阻力增加、导致航天器轨道下降的案例不胜枚举。例如，1973年美国发射的空间站“天空实验室”原计划运行到1983年左右（设计寿命10年），但因为当时对太阳活动的监测能力有限、没有及时采取维持轨道高度的措施，导致仅仅6年后该空间站就因大气阻力增加而提前陨落。
再如，2000年7月的“巴士底日事件”中，因为太阳风暴引起大气密度增加，国际空间站的运行轨道下降了15千米，日本“宇宙学和天体物理先进卫星”也出现轨道下降和定位故障，2个月后卫星丢失。
2003年发生的“万圣节太阳风暴”不仅使欧美日的多颗卫星发生不同程度损坏，还使我国的“神舟五号”飞船留轨舱运行高度明显降低，不得不采取措施提升飞船轨道以避免提前坠毁。
