地磁暴对人类生活的影响有哪些
地磁暴对人类生活的影响有:导致人们无法正常通信,电网极易损坏甚至有可能烧毁,会使对于有气象依赖性的人感到不舒服,会影响航天活动、地质勘探和信鸽飞行等。地磁暴是地球磁场全球性的剧烈扰动现象,一般以地磁指数来表征地磁暴的大小。
地磁暴的危害是什么
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。
另外根据我国气象局报道,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。
地磁暴不仅能对天上的航天器造成影响,还能对地上的许多关键设施(特别是电线等长距离导体)造成危害。
在变化的地磁场作用下,具有较高电阻率的地面土壤中可以产生持续数分钟到几个小时的感应电势,强度达到每千米若干伏特到十几伏特。在高压输电网络中,这种感应电势会导致接地的变压器之间的输电回路中产生“地磁感应电流”,导致变压器寿命缩短、损坏乃至烧毁。更加严重的是,由于地磁暴是全球性的,因此可能在很大区域的电网中会有数百台变压器同时发生“半波饱和”,导致跳闸等错误,引起系统崩溃、发生大面积停电。历史上,这种事故发生过很多次,最为著名的属卡林顿事件和魁北克停电事件:
1859年9月1日,英国天文学家卡林顿观测到太阳表面北部的黑子群突然发出白色亮光(产生太阳爆发)。几分钟后,英国格林尼治天文台探测到地球磁场发生剧烈变化。约18小时后,地磁暴诱导产生的感应电流导致电报系统失灵,有报道称当时的电报机和塔架发生了火花,甚至有电线被融化,夜空中产生了前所未有的极光,甚至赤道附近的夏威夷地区也能观测到。据英国劳合社大气和环境研究公司2013年5月发布的一份报告称,举例来说,如果卡林顿事件发生在今天的美国,可能使2000万至4000万人面临十几天到一两年的停电,导致万亿美元级别的经济损失。
1989年3月13日,加拿大魁北克地区的电网因之前一次太阳风暴的影响,发生大范围断电事故,受直接影响的居民人数达到600万人,停电时长达到9个小时,造成了高达数千万美元的经济损失。