近日，地磁暴在全球刷屏！很多朋友在家門口第一次看到了極光！美國國家海洋和大氣管理局的主任克林頓·華萊士表示：「這次地磁暴將是不同尋常、可能具有歷史意義的一次事件。」
什麼是地磁暴？影響到底有多大？這次極光大爆發的原因如何？究竟世界上看極光最好的地方在哪裡？今天的都市脈搏，我們特別榮幸邀請到曾經六次深入南極科考的空間物理學者徐中華老師，聽聽職業追光人揭秘「極光的秘密」！
嘉賓介紹：
徐中華
空間物理學者，多年地磁觀測現場工作經驗，研究方向與空間天氣緊密相關，包括地磁風暴、ULF脈動指數及地磁感應電流（GIC）等。
六次去南極進行科考。曾在中山站「駐守」16個月，親見南極「四季」。
歡迎大家訂閱中華老師的Youtube頻道：
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- 地磁暴和太陽運動周期
地磁暴與太陽活動有直接聯繫。我們現在就處於一個太陽活動高年時段。太陽活動周期是指太陽黑子數量和其他太陽活動特徵的周期性變化。這個周期大約是11年左右，其中包括太陽黑子數的增長和減少，太陽耀斑和日冕物質拋射等活動的頻率也會隨之變化。這個周期由太陽的磁場變化引起，被稱為太陽活動的磁活動周期。
太陽磁場在11年的活動周期內會發生反轉。在太陽活動周期的開始，太陽磁場的極性會從南極轉向北極，形成新的太陽活動周期。隨着太陽活動周期的進行，太陽磁場會逐漸增強並達到最大值。在太陽活動周期的峰值，太陽磁場會再次發生反轉，從北極轉向南極。這個過程標誌着太陽活動周期的結束，同時也標誌着新的太陽活動周期的開始。
今年是在太陽活動極大的年份里，太陽上會更容易產生黑子變化，發生耀斑和日冕物質拋射等活動。這些活動到達地球，會引發地磁暴。
2. 這次極光大爆發的原因及影響
這次大爆發，UTC時間5月10日到5月12日期間，地球出現強地磁活動，最強時段分別為6小時Kp指數（即全球磁場指數，數值越大對應的地磁活動越強）為9的超大地磁暴，Ap指數到達極值400，地球環電流Dst指數達到-412nT的特大G5級地磁暴。上次最大的是2003的Halloween Storm，強度是-383nT。所以這次是本世紀最強大爆發，全球很多地方都可以看到極光的發生。相信大家也看到了朋友圈裡到處發的極光照片了。在我們行業里，大家也在積極處理數據進行分析。
這次極光大部分的原因是由於最近發生的日冕物質爆發造成的。作為最典型的太陽爆發活動，一次日冕物質拋射過程，能將數以億噸計的太陽物質以數百千米每秒的高速拋離太陽表面，不光是巨大質量與速度匯聚成的動能，它們還攜帶着太陽強大的磁場能，一旦命中地球，就會引發地磁場方向與大小的變化，即地磁暴。這些數以億噸的等離子體會和地球的磁場進行聯接，把這些能量和粒子輸入到地球。到達大氣的時候，就激發氧氮等大氣成分，躍遷發光，形成絢麗的極光。美國NOAA的GOES衛星在5月9日監測到了太陽表面的一次黑子活動，發現了有CME的發生，預報了5月10日的強磁暴來臨，發出警報。
地磁暴對地球會產生怎樣的影響？
影響方面：主要是對航天，衛星，短波通訊方面有很大影響，另外對大型的地面輸電網絡和石油天然氣管道也可能造成斷電或者侵蝕導致泄露的影響。但目前還沒有證據表明，這樣的磁暴會對人體造成直接影響。
磁暴中電磁能量可以直接造成衛星被擊穿，電子設備損壞；導航和通訊用的電磁波被磁暴的電磁能量干擾，導致信號失真甚至中斷。
它還會造成地球高層大氣被不斷加熱，進而膨脹並擴散至更高的空間中，這給航天器在軌飛行製造了額外的阻力，產生類似拖拽的減速作用，降低航天器軌道高度。而高度的降低對應着更加稠密的大氣環境，會進一步帶來更大的飛行阻力，這樣就形成了飛行速度減慢——高度降低——阻力更大——進一步減速——高度更快降低的惡性循環，給航天器安全造成極大的威脅。這就是之前2022年SpaceX星鏈衛星墜毀的原因。
近地空間電磁場變化會在地表形成感應電場，會造成長距離的大型輸電網絡過載導致大型斷電，還可能造成油氣管道的腐蝕泄露。
目前也有人在作地磁爆發對動物和人類的影響。對依賴磁場進行導航的動物，會受到一些影響。但還沒有表面地磁爆發會人的健康有直接影響。
哪裡是追光的地方和最好的時間？
最好看極光的地方，按照極光研究奠基人，阿拉斯加大學教授Syun-Ichi Akasofu (赤祖父 俊一）的說法，是在加拿大的Yellowknife。當然，這是他在Yellowknife開會的時候，說的這句話，有可能存在主觀成分的。但從科學角度來看，確實也是很有道理。
我們先來談一下總體上在哪裡和什麼時間看極光最好。
第一，地理位置。極光在地球上是有高發區域的，叫做極光卵區域，也叫極光橢圓區，英語是Auroral Oval。位於地球磁場靠近南北極區域，在緯度方向覆蓋1000km左右，而且會隨着太陽擾動地球磁場的程度向低緯度方向擴展。注意這裡說的不是在地理的南北極，而是地磁的南北極。現在地球的磁北極剛好在加拿大東北部島嶼區域，所以加拿大大部分區域都可以看到極光。而在極光大爆發的時候，美國北部甚至中南部也可以看到極光。
第二，具體位置。建議遠離市區（減少光污染），在高地山頂，對北方（南半球是對南方）天空視野開闊的的位置。
第三，時間。理論上說極光發生是在極光卵區域內幾乎每三天會有一次。季節上，在春分和秋分附近，會有可能更多發生磁暴。一天之內，高發時段是當地的午夜前後兩小時，即10PM-2PM。由於極光是弱光現象，所以還要取決於天黑的程度和天空的晴朗。我這次就因為陰雨天氣錯過了極光。
所以YellowKnife地處極光卵內，晴朗天氣較多，光線污染少，視野開闊，確實是很理想的極光觀測地。加拿大很多地方也符合類似的條件。
為何大家反映其實肉眼看到沒有那麼絢麗，在手機或者照片里卻很多彩？
主要是因為極光是相對較弱的自然發光現象，而人眼和相機在捕捉光線和顏色方面有所不同。首先，人眼對光線的適應能力比較強，會在不同亮度下迅速調整接受光線的能力。而極光本身是相對較弱的發光現象，大家觀看極光的地方經常是城市，或者城市邊緣，大氣里的光污染嚴重，充滿了來自人類社會的非自然光。人眼平時適應了的這些非自然光線強度，美麗的極光整體較弱，並且強度和形態變化很快。相當於在強光背景下，用肉眼去捕捉弱光信息。這些都使得我們在觀察極光時看到的可能不如照片那麼絢麗。而相機可以通過長時間曝光來收集更多的光線和顏色信息，並且可以應用專業鏡頭，濾鏡等手段，從而捕捉極光絢麗的效果。所以，即使在現場看起來沒有那麼震撼，但在相片里卻可能呈現出更加絢麗多彩的效果。
