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磁暴

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太陽風粒子和地球磁層交互作用的示意圖 (未依實際比例)。

磁暴英语:geomagnetic storm)是太陽風震波磁雲英语Magnetic cloud地球磁場交互作用所引起的地球磁層擾動。太陽風的磁場與地球磁場交互作用,並將增加的能量轉移到磁層中,導致通過地球磁層的等離子體增加(由磁層內增加的電場驅動),以及磁層和電離層中的電流增加。在磁暴的主要階段,磁層中電流產生的磁力推動原本磁層和太陽風之間的邊界。

造成磁暴的行星際物質擾動可能源自太陽日冕物質拋射(CME),或是太陽表面弱磁場區域太陽風生成的共轉交互作用區(CIR)[1]。磁暴的頻率隨著太陽黑子週期變動。在太陽極大期,CME導致的磁暴較為常見。太陽表面閃焰與CME次數增加,輻射出X射線紫外線可見光及高能量的質子電子束。而在太陽極小期,則是以CIR導致的磁暴為主。

幾種太空天氣現象往往與磁暴有關,包括:太陽質子事件(SPE);地磁感應電流英语Geomagnetically induced current(GIC);干擾無線電雷達電離層擾動;導航所用的羅盤顯示異常。磁暴能波及全球,持续达几小时到几天。磁暴发生时會增強電離層的游離化,也會使極區的極光特別絢麗。引發短波通訊特性失常,情况严重时可能使短波通訊完全中断。磁暴時,另外還會產生雜訊掩蓋通訊時的正常訊號,甚至使通訊中斷,也可能使高壓電線產生瞬間超高壓,造成電力中斷。磁暴也會對航空器造成傷害。1989年3月磁暴引起的大地電流擾亂了魁北克幾乎全省的電力配置[2],並且連美國南方的德克薩斯州都可以見到極光[3]

定義[编辑]

太陽物理學
現象

磁暴的程度[4]通過赤道環形電流磁暴指數英语Disturbance storm time index(Dst index)[5] 的變化來定義。Dst指數根據幾個位於磁赤道的磁力計站測量,估計地球磁場水平分量的全球平均變化。Dst每小時計算一次,幾乎即時報告[6][7] 。正常靜默時,Dst指數在+20和-20奈特斯拉(nT)之間。

地磁風暴有三個階段[4] :初始階段、主要階段和恢復階段。初始階段的特徵在於Dst(或其一分鐘的SYM-H)在幾十分鐘內增加20至50nt。初始階段也稱為風暴突發(storm sudden commencement, SSC)。然而,不是所有的磁暴都有初始階段,也不是所有的Dst或SYM-H的突然增加都是磁暴。磁暴的主要階段定義為Dst小於-50 nT,因此磁暴期間的最小值是在-50至約-600 nT之間。主要階段通常持續2-8小時。恢復階段是當Dst從最小值變為其原先靜默時的值。恢復期可能需要8小時或長達7天。

磁暴的大小分為中度磁暴(-50 nT>最小Dst> -100 nT),強度磁暴(-100 nT>最小Dst> -250 nT)或超級磁暴(最小Dst <-250 nT)[8]

參見[编辑]

參考資料[编辑]

  1. ^ Corotating Interaction Regions, Corotating Interaction Regions Proceedings of an ISSI Workshop, 6–13 June 1998, Bern, Switzerland, Springer (2000), Hardcover, ISBN 978-0-7923-6080-3, Softcover, ISBN 978-90-481-5367-1
  2. ^ Scientists probe northern lights from all angles. Canadian Broadcasting Company. 2005-10-22. 
  3. ^ Earth dodges magnetic storm. New Scientist. 0989-06-24. 
  4. ^ 4.0 4.1 Gonzalez, W. D., J. A. Joselyn, Y. Kamide, H. W. Kroehl, G. Rostoker, B. T. Tsurutani, and V. M. Vasyliunas (1994), What is a Geomagnetic Storm?, J. Geophys. Res., 99(A4), 5771–5792.
  5. ^ [1] Sugiura, M., and T. Kamei, Equatorial Dst index 1957-1986, IAGA Bulletin, 40, edited by A. BerthelJer and M. MenvielleI,S GI Publ. Off., Saint. Maur-des-Fosses, France, 1991.
  6. ^ [2] World Data Center for Geomagnetism, Kyoto
  7. ^ [3] 中央氣象局太空天氣作業辦公室, 臺灣
  8. ^ Cander, L. R.; Mihajlovic, S. J. Forecasting ionospheric structure during the great geomagnetic storms. Journal of Geophysical Research: Space Physics. 1998-01-01, 103 (A1): 391–398. ISSN 2156-2202. doi:10.1029/97JA02418 (英语).