小心！极光虽美，伴随而来的地磁暴能威胁我们的用电安全
文摘
科学
2024-09-12 17:25
北京
极光很美，但一项研究表明，伴随极光而来的地磁暴可能会对人类生活产生严重影响。地磁暴发生时，地表附近的导体会产生感应电流，这可能会损坏各种地面设施。
文 | 汤姆·豪沃思（Tom Howarth）
译 | 刘惠敏
编 | 陈强
视觉设计 | 李梅
原载于《科普周报·科学焦点》杂志2024年09期
2024年5月，地球上发生了20年来最严重的地磁暴，许多人因此有了一睹极光的机会。极光的美令人惊叹，但与此同时，地磁暴可能会对现代基础设施构成潜在威胁，科学家迫切地想知道该如何防范这种自然灾害。今年7月，发表于《天文学和空间科学前沿》（Frontiers in Astronomy and Space Sciences）的一项研究强调了极光与地磁感应电流（GIC）之间的联系。地球磁场发生强烈扰动，会产生强感应电场，进而使地表附近的导体产生感应电流——这就是GIC，可能会损坏各类运输管道或海底电缆等重要基础设施。这项研究的负责人、美国航空航天局戈达德太空飞行中心的空间物理学家丹尼·奥利韦拉（Denny Oliveira）表示：“极光和GIC是由相同的空间天气事件驱动的。极光是一种视觉信号，预示着太空中的电流可能会使地表产生感应电流。”太阳喷射出粒子，以行星际激波等形式作用于地磁场，导致地球磁层与大气层相互作用，进而产生地磁暴，形成极光。正如奥利韦拉解释的那样，行星际激波类似于喷气式飞机突破声速时产生的音爆。在太阳风侵袭地球的过程中，起初粒子的速度很快（超声速），但因受到各种星际介质的阻挡，速度会变慢（亚声速），速度快的区域将能量传递给速度慢的区域就会产生激波（即冲击波）。只不过，不同于喷气式飞机形成音爆，太阳风会形成磁冲击波，挤压地球磁场。这种冲击波会产生强大的感应电流，对任何导电的地面基础设施都有潜在威胁。行星际激波来势越猛烈，感应电流就越强，极光现象也越绚烂。但是，长期来看，频繁、强度较低的磁冲击波也会造成重大损害。“可以说，1989年3月发生的地磁暴事件是行星际激波对电力基础设施损害最严重的一次——加拿大的魁北克水电公司将电力系统关闭了近9个小时，导致数百万人断电。”奥利韦拉表示。“但是，长期来看，较弱但较频繁的空间天气事件，包括一些行星际激波，也会对地表的各类导体形成威胁。我们的研究表明，在磁冲击波出现后，巨大的GIC 频繁出现，这十分值得关注。”好消息是，行星际激波具有可预测性，可提前两小时预测到峰值。这意味着，科学家可以在最强烈的磁冲击波来临之前，对容易受影响的基础设施实施保护措施。“运营商可以在收到警报后，保护一些关键电路，”奥利韦拉建议，“这可以防止GIC缩短设备的使用寿命。”不过，目前的方法并不能保证万事无虞。奥利韦拉表示，在面临地球可能受到的最大磁冲击波时，如何才能有效保护关键基础设施，还需要进一步的研究。1992年创刊，畅销多个国家，《科学焦点》聚焦前沿科学，关注正在或即将改变人类生活的研究、技术和产品。长按下图中的二维码或点击文章末尾的「阅读原文」，欢迎来我们的直营店逛一逛！
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