地磁暴科普冷知识(磐龙科学地磁暴是什么)(1)

什么是地磁暴啥意思地磁暴现象是怎么产生的?地磁暴,是地球磁场全球性的剧烈扰动现象。以地磁指数来表征地磁暴的大小。

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地磁暴是地球磁场全球性的剧烈扰动现象。地磁暴是高速等离子体云到达地球空间后,引发的最具代表性的全球空间环境扰动事件。地磁暴的强度可以表征太阳风暴中高速等离子体云的影响大小。地磁暴的强度等级一般用Kp指数和Dst指数这两类地磁指数来划分。在研究中通常采用Dst指数分级,而在预警应用中采用Kp指数。

近日,地磁暴上热搜原因是日前有媒体报道,太阳在最近4天内发出两次X级耀斑,几天后将指向地球,或引发强烈地磁暴。

该现象是指,太阳表面抛洒出大量高能物质,造成了地球磁场的严重扰乱,有大有小。

据悉,日冕物质抛射的级别分为A、B、C、M、X五个级别,其中A为最小级别,X为最大级别。

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1.直接影响

当地磁场扰动时,磁场方向和大小的改变会影响它们之间的力矩,致使卫星的姿态发生变化。卫星的姿态发生变化后,通信卫星将无法正常通信,甚至有时可能会中断通信;气象卫星、军事卫星也无法监测地球。

2.间接影响

当强磁暴发生时,磁层顶部由于受到高速太阳风的剧烈挤压而被压缩到地球同步轨道之内,发生同步轨道磁层顶穿越事件。此时不仅会因所处的磁场环境发生变化而影响姿态,还会因为失去了磁场的保护而直接受到太阳风的冲击。

当地磁暴发生时,焦耳加热和极光粒子沉降加热引起全球高层大气增温,密度和成分发生变化。当大气密度陡增,大气阻力会突然加大,加速了航天器衰减的速度,从而导致其偏离预计航道,甚至提前掉入低层大气而陨落。

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第一类,是对卫星上电子设备的影响。例如电离总剂量效应和单粒子效应,这些是太阳风中的带电粒子会损伤元器件或材料功能、性能,就像科幻电影中核辐射会让电子辐射失效一样,太阳辐射会对卫星的电子设备产生影响,威胁航天器安全。

第二类,是对航天器轨道衰减的影响,就像Starlink这次遇到的问题一样,太阳风暴会使大气阻力增大,严重威胁航天器寿命,甚至造成航天器陨落。

第三类,是对航天器通讯及导航信号的影响。太阳风暴引起的电离层扰动会干扰航天器和地面的通讯,同时还会影响航天器GPS的定位精度。

航天工程师在设计航天器时,必须要考虑这些因素的影响。

航天器使用的元器件要经过特殊的设计或筛选;低轨卫星要考虑大气阻力变化的影响;针对航天器的电离总剂量效应,航天器上应用的电子元器件均需要经过抗总剂量效应的筛选,并不是所有元器件都能经受住这道考验。航天工程师们经过几十年的经验积累,形成了一系列的措施,保证航天器的在轨安全和寿命。

由于太阳活动的周期性和突发性特点,太阳活动从高年到低年大约有11年的周期变化,期间突发各种形式的太阳风暴,导致卫星受到的大气阻力会不断变化。因此要想完成高精度的组网布局及轨道维持工作,必须考虑大气阻力变化的影响,轨控策略设计时需要考虑恶劣工况并留足稳定裕度,保证卫星生命周期内的安全。

目前,太阳活动已经进入第25个活动周期,近两年,太阳活动会越来越频繁,预计在2025年左右达到高峰。航天工程师们需要密切关注航天器的状态,及时处理空间天气环境变化对航天器的影响。

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