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空少問答

小教室

問題78

六

月亮

19

太陽

周

二

a:什么樣的擾動(dòng)叫磁暴？

上周六，空給大家少留了一個(gè)問題。我們來看看空少的答案和從消息中選出的最佳答案。

想查原題背景介紹的朋友可以點(diǎn)擊" " ~我們來看看空比較少的答案！

空較少的正解

就像我們上一期說的，四年一屆的足球世界杯和無線電信號的傳輸息息相關(guān)。有一種對無線電信號傳播和電網(wǎng)系統(tǒng)有很強(qiáng)影響的自然地球現(xiàn)象，稱為地球磁暴，是對地球磁場的強(qiáng)烈擾動(dòng)。那么，什么樣的擾動(dòng)叫做磁暴呢？是怎么產(chǎn)生的？

藝術(shù)地圖:強(qiáng)磁暴摧毀電網(wǎng)

上一期我們說地球就像一個(gè)大磁鐵，有自己的磁場。地球磁場的北極靠近地理南極。如果把磁場的方向想成線(稱為磁力線)，地球上某處的磁場有東、西、北、南的方向，也有向上翹曲或向下傾斜的方向，這種方向是不固定的，其形狀如下示意圖所示。

地磁場示意圖，虛線代表磁力線，n為磁北極，s為磁南極

當(dāng)然，這些磁力線有一個(gè)共同的特點(diǎn)，就是一般都是從南到北，因?yàn)樗^的磁場方向是從北極到南極。人們對地磁場制定了七個(gè)要素:如下圖所示，有強(qiáng)度和方向的磁場寫成矢量T，X軸指向地理北，Y軸指向地理東，Z軸垂直向下，那么(1)磁場的總磁場強(qiáng)度寫成T；(2)T在水平面上的投影與X軸的夾角(即T的方位角)稱為磁偏角(D)；(3)T相對水平面的傾角稱為磁傾角(I)；(4)T在坐標(biāo)系水平面上的強(qiáng)度投影H稱為水平分量；(5-7)t沿各坐標(biāo)軸的強(qiáng)度投影x，y，z分別稱為北分量，東分量，垂直分量。

地磁要素示意圖

地球磁場有一個(gè)全球性的擾動(dòng)，從十幾個(gè)小時(shí)持續(xù)到幾十個(gè)小時(shí)，期間各地地磁要素發(fā)生劇烈變化，即磁暴。其中地磁水平分量H變化最大，其擾動(dòng)幅度通常在幾十毫微秒到幾百毫微秒之間，最能代表磁暴過程的特征。我們需要一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來測量磁暴，這是地磁活動(dòng)的Dst指標(biāo)。在地球赤道附近，以大致均勻的經(jīng)度間隔選取4個(gè)地磁臺站，這4個(gè)臺站的每小時(shí)地磁水平強(qiáng)度(上文提到的h)平均值為Dst指數(shù)，因此單位為地磁場強(qiáng)度特斯拉，正值向北遞增，負(fù)值向北遞減。這個(gè)Dst指數(shù)一般是負(fù)數(shù)或者十幾，也有正值，不大；但在強(qiáng)擾動(dòng)下變成-50以下，甚至負(fù)百，反映了地球全球磁場的強(qiáng)擾動(dòng)，即地球磁暴。下圖是2018年5月的每日Dst指數(shù)。5月5-6日期間，Dst指數(shù)大幅下降，出現(xiàn)微弱磁暴。

2018年5月日Dst指數(shù)，

5月5-6日期間，Dst指數(shù)大幅下降，出現(xiàn)微弱磁暴

目前我們普遍認(rèn)為地球磁暴是太陽攜帶太陽磁場撞擊地球磁層(宇宙中受地球磁場控制的區(qū)域空)的高速等離子體，導(dǎo)致磁層壓縮變形。太陽等離子體通常攜帶一個(gè)南北方向旋轉(zhuǎn)的磁場。當(dāng)磁場轉(zhuǎn)向南方時(shí)，與地磁場發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用，會給地球磁層帶來巨大的能量(但通常是大量進(jìn)入地球背面)。由于磁層的作用，帶電粒子被注入到地球周圍稱為環(huán)電流的電流中，變化的電流會產(chǎn)生變化的磁場，從而引起全球性的劇烈地磁擾動(dòng)——磁暴。

特色消息區(qū)

@干燥

地球磁場的北極在地理南極附近，地球磁場的南極在地理北極附近。這個(gè)磁場會不時(shí)受到極大的干擾，所以我們簡稱它為“磁暴”或“磁暴”，就像地面上的風(fēng)暴一樣。它是強(qiáng)烈的太陽風(fēng)暴和地球磁場相互作用的結(jié)果。

@點(diǎn)點(diǎn)去哪里

磁暴通常以世界上磁層磁場水平分量急劇減少和緩慢恢復(fù)的過程為特征。一般來說，低緯磁場水平分量減小到-50nT及以下的擾動(dòng)可以定義為磁暴。水平分量磁場急劇減小的直接原因是磁層環(huán)電流增強(qiáng)而誘發(fā)的磁場，導(dǎo)致大規(guī)模磁暴。磁暴的根本原因是太陽活動(dòng)增強(qiáng)(如CME)會導(dǎo)致太陽風(fēng)注入增強(qiáng)，從而導(dǎo)致磁層對流增強(qiáng)，進(jìn)而導(dǎo)致環(huán)電流增強(qiáng)，最終產(chǎn)生大規(guī)模磁暴。

謝謝大家的支持。下次見！