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极光—美丽的威胁

更新时间:2016-07-05

在南北两极附近地区的夜晚,偶尔可以看到几条光带横跨天空,把黑暗的夜空照得一片光亮,这种壮丽动人的景象就是极光。极光是人们能看到的最美丽、最不可思议的自然现象,也是太阳风暴期间在地面唯一可以用肉眼看到的日地空间现象。极光越壮观,往往标志着太阳爆发越剧烈。

神秘的极光

极光是一种神秘的天象,自古以来为人所瞩目。许多世纪以来,不同地方的人都有自己的极光记载和传说。

人们所知最早的极光记录于公元前2600年。在中国古书《河图稽命征》中说道:“附宝(黄帝的母亲)见大电光绕北斗权星,照耀郊野,感而孕二十五月,而生黄帝轩辕于青邱。”在先秦古书《山海经》中提到,极光是一位名叫“触龙”的神仙,形貌如一条红色的蛇:“人面蛇身,赤色,身长千里,钟山之神也。”

“极光”这一术语源于拉丁文“伊欧斯”这个词。传说“伊欧斯”是希腊神话中“黎明”的化身,是希腊神“泰坦”的女儿,太阳神和月亮女神的姐姐。“极光”这一名称却源于罗马神话中的织架女神“欧若拉”(Aurora),她掌管极光,代表旭日东升前的黎明。那么,如此美丽迷人的光辉是如何发出的呢?

极光是怎么产生的?

极光这一天象之谜,直到最近这些年才逐渐有了合理的解释。其实,这还要从这些光能的来源——太阳说起。从太阳上喷发出来的大量带电粒子,以每秒几百千米的速度吹向行星际空间,形成太阳风。到达地球附近的粒子不断撞击地球磁场,并环绕地球流动。在太阳风的吹动下,地球磁场不再是对称的,已经变成某种“流线型”。由于与行星际磁场的相互作用,变形的地球磁场的两极外各形成一个磁力线集中的“漏斗区”。当磁层出现扰动时,磁尾的带电粒子被加速,沿磁力线运动,如流水般顺着漏斗边缘倒入“漏斗区”,并撞击高层大气中的气体分子和原子,使后者被激发——退激而发光,于是便产生了这种“鬼怪之光”。

极光卵包围的内部区域是极盖区,也就是最接近并包围南北极点的区域。在这个区域内,极光出现的机会反而要比纬度较低的极光区来得少。也就是说,在南北极的核心地区,反而不容易看到极光。

粒子沉降在两极漏斗区(作者自画)

用一个形象的比喻,可以说极光活动就像地球磁层活动的实况电视画面。地球磁层是一个巨大无比的电视机显像管,将进入高空大气的太阳风粒子流汇聚成束,聚集到地球的两极地区。沉降粒子为电视机的电子束,地球磁场为电子束导向磁场,地球极区大气为荧光屏,极光则是电视屏幕上移动的图像。住在南北两极地区的人们每天都可以收看到这天然的巨幅电视。

极光的产生(作者自画)

极光与太阳风暴

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极光是迷人的。然而,在这美丽极光的背后,却隐藏着许多潜在的威胁。实际上,极光的出现,伴随着的是大量带电粒子涌入地球的大气层。极光越壮观,往往意味着太阳风暴越厉害。

在地磁平静时期,地球两个“漏斗区”沉降的粒子比较少,出现的极光也比较平淡无奇。如果我们乘坐宇宙飞船,跨越地球的南北极上空,从遥远的太空向地球望去,就会见到围绕地球磁极存在一个闪闪发亮的光环,这个环就叫作“极光卵”,在南北纬67°附近。来自磁尾的沉降粒子大部分沉降在午夜侧,因而处在午夜部分的极光卵显得最宽最明亮。极光最经常出现的地方就在这两个卵状区域内,分别称作北极光区和南极光区。

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当太阳风暴发生时,磁层扰动变得剧烈起来,发生地磁暴。这时,就会激发出更多种颜色的单色光。这些光混合在一起,便出现了五颜六色、奇异壮观的极光,就像五彩的霓虹灯一样。

不同种类的带电粒子与各种各样的气体分子和原子冲撞,就会发出不同颜色的光,导致极光颜色的多样。比如,带电粒子同氧原子碰撞就会激发出绿色或者红色的光。巨量的粒子冲撞发生在广袤的地球大气层空间中,会导致极光形态的多样,如云朵一般的片朵状的极光片、沿磁力线方向的射线状的极光芒、面纱一样均匀的帐幔状的极光幔。

了解极光,对于了解地球外层空间结构、掌握空间天气、减少太阳风暴对地球的影响以及保障飞行器在外层空间的安全等,都有着重要的意义。

极光虽美,也只是太阳风暴的副产品,其带来的危害更值得我们关注。越绚烂的极光对应着越强烈的地磁暴,会导致长距离输电线路中产生强力电流,容易使整个电网范围内的变压器同时发生故障,使电力传输线受到严重干扰,从而导致某些地区暂时失去电力供应。1989年的强极光出现在加拿大魁北克上空,伴随而来的地磁暴便使魁北克全省的供电系统瘫痪,600万加拿大人长达9小时无电可用。

上述两种方案基本思路上有相似之处,但具体实现上存在差异,从技术角度看都可以实现。SPN方案是强L2,L3 OTN方案是强L1。FlexE如能尽快成熟,则SPN将增加优势,目前国内主流厂家在SPN上投入的研发力量较大,且已经开始测试, PTN系统向SPN发展的方向已经逐步明朗。

1859年八九月间,爆发了历史上最厉害的太阳风暴——卡林顿事件。在这期间,北美洲、欧洲、亚洲以及澳大利亚的部分地区都观测到了极光。在美国落基山脉,极光的亮度足以让人看清常见的字体,一些人坚持认为这是日光,并且开始准备早餐。在纽约市,数千人跑到大街上或屋顶上观看他们多年从未见过的绚丽天空,《纽约时报》评论说:“人一辈子中仅能见到一次或两次这样的极光。”地处北纬23°的古巴哈瓦那的人们看到那晚天空鲜血般殷红,像被大火映红一样。

极光的背后

太阳风暴期间,会有数量更大的源自太阳的太阳风带电粒子涌入地球磁尾中。倒进地球“漏斗区”的涓涓粒子细流,这时候变成了奔泻而下的粒子洪水。大量的不同能级的带电粒子冲入地球的大气层中,与更多的大气成分如氮、氖、氦等分子或原子撞击,产生各种各样的极光。此时,南北极光卵会向低纬方向伸展,在许多以往看不到极光的地区,也能有幸看到美丽的极光。

大量带电粒子轰击地球大气,会影响电离层反射短波无线电的能力,使短波通信受到干扰或中断。另外,带电粒子的轰击加热了地球高层大气,使得大气膨胀,增加了卫星的空气阻力,使卫星的高度降低,缩短了卫星的寿命。

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平静时的极光卵

小彩蛋——看极光的好地方、好时间

从极光的产生原理,可以看出看极光的好地方不在极区,而在极光卵区域。例如以阿拉斯加、北加拿大、西伯利亚、格陵兰、冰岛南端与挪威北海岸为主的北极光区,以及在南极洲附近的南极光区。其中,阿拉斯加的费尔班更赢得“北极光首都”的美称。

中国最北端的漠河,地处北纬53°, 但由于磁纬只有40°左右,只有在发生比较强烈的地磁暴时,才能有幸观察到极光。

(2)首先检查SDH电源是否故障,如果有即修复电源,修复后SDH若无告警则流程转入第(4)步。若SDH告警为次要告警,则流程转入第(3)步。若为主要告警,先对两端SDH在ODF处自环,若告警不消除,则需要对ODF和SDH排查和检修,ODF检修为更换尾纤或光接头,SDH检修则为找出故障板卡并更换。若无主要告警,环回方式改成如下,在其中一端ODF处环回给对端,观察对端是否有主要告警,若有告警即可诊断为光链路或中继 SDH故障,需要参考专用保护通道故障定位处理方法解决故障,并消除中继SDH故障。

现在我们知道了地磁暴期间极光出现的可能性较大,那么如何提前知道地磁暴的时间呢?地磁暴主要是由日冕物质抛射或冕洞高速流引起的,根据中科院空间环境预报中心的预报经验,日冕物质抛射到达地球需要1至3天,冕洞高速流往往有27天的重现性周期,因此根据上述时间就能简单地预判地磁暴的出现时间。

(1)密切观察患者的临床,统计患者的PH消除情况(治疗5d时)、不良问题(恶心、腹胀、便秘等)发生情况;(2)基于患者的临床表现将患者分为两类,“有效”指患者的临床症状明显改善或消失、无不良问题发生;否则为“无效”。

简单一点, 访问www.sepc.ac.cn网站提前查看未来3天地磁活动的预报状况,就可以尽早安排自己的极光旅程!

李志涛
《飞碟探索》 2018年第06期
《飞碟探索》2018年第06期文献

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