中文名 磁暴

影 響 干擾短波通訊

研究方式 地面觀測(cè)

外文名 Magnetic storm

出現(xiàn)時(shí)期 太陽(yáng)黑子極大期

分 類 急始型磁暴等

目錄

1基本概述

2研究簡(jiǎn)史

3形態(tài)

4磁暴的變化

  磁暴初相

  磁暴主相

  磁暴恢復(fù)相

5成因

6研究意義

7影響

  對(duì)城市的影響

  對(duì)細(xì)胞的影響

  電磁場(chǎng)同長(zhǎng)壽的關(guān)系

  生命在于運(yùn)動(dòng)

暴(Magnetic storm)

        當(dāng)太陽(yáng)表面活動(dòng)旺盛,，特別是在太陽(yáng)黑子極大期時(shí),，太陽(yáng)表面的閃焰爆發(fā)次數(shù)也會(huì)增加，閃焰爆發(fā)時(shí)會(huì)輻射出X射線,、紫外線,、可見(jiàn)光及高能量的質(zhì)子和電子束。其中的帶電粒子（質(zhì)子,、電子）形成的電流沖擊地球磁場(chǎng),，引發(fā)短波通訊所稱的磁暴。所謂強(qiáng)烈是相對(duì)各種地磁擾動(dòng)而言,。其實(shí)地面地磁場(chǎng)變化量較其平靜值是很微小的,。在中低緯度地區(qū)，地面地磁場(chǎng)變化量很少有超過(guò)幾百納特的（地面地磁場(chǎng)的寧?kù)o值在全球絕大多數(shù)地區(qū)都超過(guò) 3萬(wàn)納特）,。一般的磁暴都需要在地磁臺(tái)用專門儀器做系統(tǒng)觀測(cè)才能發(fā)現(xiàn),。

        磁暴是常見(jiàn)現(xiàn)象。不發(fā)生磁暴的月份是很少的,，當(dāng)太陽(yáng)活動(dòng)增強(qiáng)時(shí),，可能一個(gè)月發(fā)生數(shù)次。有時(shí)一次磁暴發(fā)生27天（一個(gè)太陽(yáng)自轉(zhuǎn)周期）后,，又有磁暴發(fā)生,。這類磁暴稱為重現(xiàn)性磁暴[1]。重現(xiàn)次數(shù)一般為一,、二次,。

2 研究簡(jiǎn)史

        19世紀(jì)30年代C.F.高斯和韋伯建立地磁臺(tái)站之初,就發(fā)現(xiàn)了地磁場(chǎng)經(jīng)常有微小的起伏變化。1847年,，地磁臺(tái)開(kāi)始有連續(xù)的照相記錄,。1859年9月1日，英國(guó)人卡林頓在觀察太陽(yáng)黑子時(shí),，用肉眼首先發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)耀斑,。第二天，地磁臺(tái)記錄到 700納特的強(qiáng)磁暴,。這個(gè)偶然的發(fā)現(xiàn)和巧合,，使人們認(rèn)識(shí)到磁暴與太陽(yáng)耀斑有關(guān)。還發(fā)現(xiàn)磁暴時(shí)極光十分活躍,。19世紀(jì)后半期磁暴研究主要是積累觀測(cè)資料,。

        20世紀(jì)初,挪威的K.伯克蘭從第一次國(guó)際極年(1882～1883)的極區(qū)觀測(cè)資料,分析出引起極光帶磁場(chǎng)擾動(dòng)的電流主要是在地球上空，而不在地球內(nèi)部,。為解釋這個(gè)外空電流的起源,，以及它和極光、太陽(yáng)耀斑的關(guān)系,，伯克蘭和F.C.M.史篤默相繼提出了太陽(yáng)微粒流假說(shuō),。到30年代,磁暴研究成果集中體現(xiàn)在查普曼·費(fèi)拉羅磁暴理論中，他們提出地磁場(chǎng)被太陽(yáng)粒子流壓縮的假說(shuō),，被后來(lái)觀測(cè)所證實(shí),。

        50年代之后，實(shí)地空間探測(cè)不但驗(yàn)證了磁暴起源于太陽(yáng)粒子流的假說(shuō),，并且發(fā)現(xiàn)了磁層,，認(rèn)識(shí)了磁暴期間磁層各部分的變化。對(duì)磁層環(huán)電流粒子的存在及其行為的探測(cè),，把磁暴概念擴(kuò)展成了磁層暴,。

        磁暴和磁層暴是同一現(xiàn)象的不同名稱，強(qiáng)調(diào)了不同側(cè)面,。盡管磁暴的活動(dòng)中心是在磁層中,，但通常按傳統(tǒng)概念對(duì)磁暴形態(tài)的描述仍以地面地磁場(chǎng)的變化為代表。這是因?yàn)?，人們了解得最透徹的仍是地面地磁?chǎng)的表現(xiàn)

3 形態(tài) 

        在磁暴期間,，地磁場(chǎng)的磁偏角和垂直分量都有明顯起伏,但最具特征的是水平分量H。磁暴進(jìn)程多以水平分量的變化為代表,。大多數(shù)磁暴開(kāi)始時(shí),，在全球大多數(shù)地磁臺(tái)的磁照?qǐng)D上呈現(xiàn)出水平分量的一個(gè)陡然上升。在中低緯度臺(tái)站,，其上升幅度約10～20納特,。這稱為磁暴急始,記為SSC或SC。急始是識(shí)別磁暴發(fā)生的明顯標(biāo)志,。有急始的磁暴稱為急始型磁暴,。高緯臺(tái)站急始發(fā)生的時(shí)刻較低緯臺(tái)站超前,時(shí)間差不超過(guò)1分鐘。

        磁暴開(kāi)始急,，發(fā)展快,，恢復(fù)慢，一般都持續(xù)兩三天才逐漸恢復(fù)平靜,。磁暴發(fā)生之后,，磁照?qǐng)D呈現(xiàn)明顯的起伏，這也是識(shí)別磁暴的標(biāo)志,。同一磁暴在不同經(jīng)緯度的磁照?qǐng)D上表現(xiàn)得很不一樣,。為了看出磁暴進(jìn)程，通常都需要用分布在全球不同經(jīng)度的若干個(gè)中,、低緯度臺(tái)站的磁照?qǐng)D進(jìn)行平均,。經(jīng)過(guò)平均之后的磁暴的進(jìn)程稱為磁暴時(shí)（以急始起算的時(shí)刻）變化，記為Dst,。

        同一磁暴,各臺(tái)站的磁照?qǐng)D的水平分量H與平均形態(tài)Dst的差值,隨臺(tái)站所在地方時(shí)不同而表現(xiàn)出系統(tǒng)的分布規(guī)律,。這種變化成分稱為地方時(shí)變化,，記為DS。DS反映出磁暴現(xiàn)象的全球非軸對(duì)稱的空間特性,，而不是磁暴的過(guò)程描述,。它表明磁暴的源在全球范圍是非軸對(duì)稱分布的。

        磁照?qǐng)D反映所有各類擾動(dòng)的疊加,，又是判斷和研究磁暴的依據(jù),，因此實(shí)際工作中往往把所有這些局部擾動(dòng)都作為一種成分，包括到磁暴中,。但在建立磁暴概念時(shí),，應(yīng)注意概念的獨(dú)立性和排他性。磁暴應(yīng)該指把局部干擾排除之后的全球性擾動(dòng),。

4 磁暴的變化

        磁暴時(shí)變化大體可分為3個(gè)階段,。

磁暴初相

        緊接磁暴急始之后，數(shù)小時(shí)之內(nèi),，水平分量較其平靜值大,，但增大的幅度不大，一般為數(shù)十納特,，磁照?qǐng)D相對(duì)穩(wěn)定,。這段期間稱為磁暴初相。

磁暴主相

        然后,，水平分量很快下降到極小值,，下降時(shí)間約半天，其間,，磁照?qǐng)D起伏劇烈,，這是磁暴表現(xiàn)最活躍的時(shí)期，稱為磁暴主相,。通常所謂磁暴幅度或磁暴強(qiáng)度,，即指這個(gè)極小值與平靜值之差的絕對(duì)值，也稱Dst幅度,。

磁暴恢復(fù)相

        水平分量下降到極小值之后開(kāi)始回升,，兩三天后恢復(fù)平靜，這段期間稱為磁暴恢復(fù)相,。

        磁暴的總的效果是使地面地磁場(chǎng)減小,。這一效應(yīng)一直持續(xù)到恢復(fù)相之后的兩三天，稱為磁暴后效,。通常,，一次磁暴的幅度隨緯度增加而減小，表明主相的源距赤道較近。

5 成因 

        太陽(yáng)耀斑的噴出物常在其前緣形成激波,，以1000公里/秒的速度,，約經(jīng)一天，傳到地球,。太陽(yáng)風(fēng)高速流也在其前緣形成激波,，激波中太陽(yáng)風(fēng)壓力驟增,。當(dāng)激波掃過(guò)地球時(shí),，磁層就被突然壓縮，造成磁層頂?shù)厍蛞粋?cè)的磁場(chǎng)增強(qiáng),。這種變化通過(guò)磁流體波傳到地面,，表現(xiàn)為地面磁場(chǎng)增強(qiáng)，就是磁暴急始,。急始之后,，磁層被壓縮，壓縮劇烈時(shí),，磁層頂可以進(jìn)入同步軌道之內(nèi),。與此同時(shí)磁層內(nèi)的對(duì)流電場(chǎng)增強(qiáng)，使等離子體層收縮,，收縮劇烈時(shí),，等離子體層頂可以近至距地面2～3個(gè)地球半徑。如果激波之后的太陽(yáng)風(fēng)參數(shù)比較均勻,，則急始之后的磁層保持一段相對(duì)穩(wěn)定的被壓縮狀態(tài),，這對(duì)應(yīng)磁暴初相。

        磁暴期間,，磁層中最具特征的現(xiàn)象是磁層環(huán)電流粒子增多,。磁層內(nèi),磁赤道面上下4個(gè)地球半徑之內(nèi)，距離地心2～10個(gè)地球半徑的區(qū)域內(nèi),分布有能量為幾十至幾十萬(wàn)電子伏的質(zhì)子,。這些質(zhì)子稱為環(huán)電流粒子,，在地磁場(chǎng)中西向漂移運(yùn)動(dòng)形成西向環(huán)電流,或稱磁層環(huán)電流,強(qiáng)度約106安。磁層環(huán)電流在磁層平靜時(shí)也是存在的,。而磁暴主相時(shí),，從磁尾等離子體片有大量低能質(zhì)子注入環(huán)電流區(qū)，使環(huán)電流幅度大增,。增強(qiáng)了的環(huán)電流在地面的磁效應(yīng)就是H分量的下降,。每注入一次質(zhì)子，就造成H下降一次,，稱為一次亞暴,，磁暴主相是一連串亞暴連續(xù)發(fā)生的結(jié)果。磁暴主相的幅度與環(huán)電流粒子的總能量成正比。磁暴幅度為100納特時(shí),環(huán)電流粒子能量可達(dá)4×1015焦耳,。這大約就是一次典型的磁暴中,，磁層從太陽(yáng)風(fēng)所獲得并耗散的總能量。而半徑為 3個(gè)地球半徑的球面之外的地球基本磁場(chǎng)的總能量也只有3×1016焦耳,?？梢?jiàn)，磁暴期間磁層擾動(dòng)之劇烈,。

        磁層亞暴時(shí)注入的粒子向西漂移,并繞地球運(yùn)動(dòng),在主相期間來(lái)不及漂移成閉合的電流環(huán),，因此這時(shí)的環(huán)電流總是非軸對(duì)稱的，在黃昏一側(cè)強(qiáng)些,。

        除主相環(huán)電流外,，在主相期間發(fā)生的亞暴還對(duì)應(yīng)有伯克蘭電流體系。伯克蘭電流體系顯然是非軸對(duì)稱的,。它在中低緯度也會(huì)產(chǎn)生磁效應(yīng),只不過(guò)由于距離較遠(yuǎn),效應(yīng)較之極光帶弱得多,。它和主相環(huán)電流的非軸對(duì)稱部分的地磁效應(yīng)合在一起就是DS場(chǎng)。

        由于磁層波對(duì)粒子的散射作用,，以及粒子的電荷交換反應(yīng),環(huán)電流粒子會(huì)不斷消失,。當(dāng)亞暴活動(dòng)停息后,不再有粒子供給環(huán)電流，環(huán)電流強(qiáng)度開(kāi)始減弱,，進(jìn)入磁暴恢復(fù)相,。

        所有這些空間電流，在地面產(chǎn)生磁場(chǎng)的同時(shí),，還會(huì)在導(dǎo)電的地殼和地幔中產(chǎn)生感應(yīng)電流,，但是感應(yīng)電流引起的地磁場(chǎng)變化，其大小只有空間電流引起的地磁場(chǎng)變化的一半,。

6 研究意義 

        磁暴觀測(cè)早已成為各地磁臺(tái)站的一項(xiàng)常規(guī)業(yè)務(wù),。在所有空間物理觀測(cè)項(xiàng)目中，地面磁場(chǎng)觀測(cè)最簡(jiǎn)單可行,也易于連續(xù)和持久進(jìn)行,觀測(cè)點(diǎn)可以同時(shí)覆蓋全球陸地表面,。因此磁暴的地面觀測(cè)是了解磁層的最基本,、最有效的手段。在研究日地空間的其他現(xiàn)象時(shí),，往往都要參考代表磁暴活動(dòng)情況的磁情指數(shù),，用以進(jìn)行數(shù)據(jù)分類和相關(guān)性研究。

        磁暴引起電離層暴,，從而干擾短波無(wú)線電通訊,；磁暴有可能干擾電工、磁工設(shè)備的運(yùn)行,；磁暴還有可能干擾各種磁測(cè)量工作,。因此某些工業(yè)和實(shí)用部門也希望得到磁暴的預(yù)報(bào)和觀測(cè)資料。

        磁暴研究除了上述服務(wù)性目的之外，還有它本身的學(xué)科意義,。磁暴和其他空間現(xiàn)象的關(guān)系,，特別是磁暴與太陽(yáng)風(fēng)狀態(tài)的關(guān)系，磁暴與磁層亞暴的關(guān)系,，以及磁暴的誘發(fā)條件,，供應(yīng)磁暴的能量如何從太陽(yáng)風(fēng)進(jìn)入磁層等等問(wèn)題，至今仍是磁層物理最活躍的課題,。磁暴作為一種環(huán)境因素,，與生態(tài)的關(guān)系問(wèn)題也開(kāi)始引起人們的注意和興趣。

7 影響

對(duì)城市的影響

        在大城市的每個(gè)住家里,，其電磁環(huán)境都存在很大問(wèn)題,。一個(gè)個(gè)鋼筋水泥盒子破壞了自然場(chǎng),，而家用電器又產(chǎn)生了大量有別于自然環(huán)境的電磁場(chǎng),。可遺憾的是,，任何一座大城市的這么一個(gè)普普通通問(wèn)題,，還有就是無(wú)線電通訊、日常辦公和生活所使用的電器所產(chǎn)生的電磁輻射,，卻又無(wú)法避免,。其中電磁輻射最強(qiáng)的當(dāng)數(shù)微波爐、無(wú)氟冰箱,、抽油煙機(jī),、電烤箱和電視機(jī)。

        電磁場(chǎng)對(duì)居民身體的不良影響是當(dāng)今社會(huì)的一個(gè)相當(dāng)現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題,，不僅專家和科學(xué)家在積極探討,，全世界的輿論也在予以關(guān)注。尤其是如今,，實(shí)際上所有大城市市內(nèi)和城外相當(dāng)大的一部分地域都被移動(dòng)通訊系統(tǒng)的電磁輻射所覆蓋,，這個(gè)問(wèn)題變得更加尖銳。

對(duì)細(xì)胞的影響

        為了弄清這種情況會(huì)對(duì)我們的身體健康有多大的危險(xiǎn),，很有必要提到細(xì)胞的交際語(yǔ)言之一——電磁波,。正是在電磁波的幫助下，細(xì)胞才有可能互相傳遞信息,，其中包括一些得絕對(duì)服從的重要指令,。

        接到這種指令之后，細(xì)胞馬上重新調(diào)整自己的工作,，但是它并不總是能分辨所接到的指令是否合理,，只能像個(gè)士兵一切統(tǒng)統(tǒng)照辦。可是,，如果它接到的指令是相互排斥,、相互矛盾的呢……

        如果我們工作的地方長(zhǎng)期在同時(shí)使用好幾件能產(chǎn)生磁場(chǎng)的電器，我們的細(xì)胞就會(huì)是這個(gè)反應(yīng),，因?yàn)檫@種環(huán)境會(huì)產(chǎn)生大強(qiáng)度的磁暴,。

        人處在磁暴中到底會(huì)有些什么反應(yīng)對(duì)我們不少人已經(jīng)不是秘密：血壓突變，頭疼,，心血管功能紊亂,，等等。

        不過(guò)這都還只是表面現(xiàn)象,，因?yàn)楦鼑?yán)重的,，乃至不可逆轉(zhuǎn)的過(guò)程發(fā)生在細(xì)胞內(nèi)部。

        用老鼠做的試驗(yàn)表明,，在電磁場(chǎng)的影響下,，動(dòng)物的舉動(dòng)變得具有攻擊性。老鼠會(huì)無(wú)緣無(wú)故地發(fā)火,，拼命地在籠子里跑來(lái)跑去,，久久都恢復(fù)不了正常。

        據(jù)世界衛(wèi)生組織專家們得出的結(jié)論,，一個(gè)表面看上去健康的孩子暴死的綜合征,、艾滋病、慢性疲勞和精神萎靡全都是電磁場(chǎng)對(duì)人體影響的結(jié)果,。尤其是孩子對(duì)電磁場(chǎng)的不良影響最為敏感,。

電磁場(chǎng)同長(zhǎng)壽的關(guān)系

        有人問(wèn)：那電磁場(chǎng)究竟同現(xiàn)代人的壽命有何關(guān)系？對(duì)此俄羅斯醫(yī)學(xué)副博士,、組織學(xué)教研室助教德米特里·阿佳克申有自己的見(jiàn)解,。他認(rèn)為，電磁場(chǎng)對(duì)我們身體細(xì)胞的任何生命過(guò)程都在施加影響,。這就意味著也影響到對(duì)諸如細(xì)胞的遺傳器官,、蛋白合成、能量傳遞與利用,、細(xì)胞膜以及其他一些跟衰老起到關(guān)鍵作用的系統(tǒng),。

        再說(shuō)，由于人類活動(dòng)而形成的電磁場(chǎng)輻射對(duì)細(xì)胞的生命過(guò)程及其“自我感覺(jué)”進(jìn)行粗暴干涉,，尤其是近些年來(lái)這種干涉越來(lái)越大,。比如說(shuō)，近50年來(lái)電磁場(chǎng)的強(qiáng)度比過(guò)去已是幾十倍,，甚至是幾百倍地增長(zhǎng),，這對(duì)人體細(xì)胞不能不說(shuō)是最大的災(zāi)難,。

        其結(jié)果是細(xì)胞的機(jī)能遭到破壞，肌肉組織和器官中的細(xì)胞數(shù)量驟減,，它們之間變得不再“了解”,，這就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)機(jī)體不再能統(tǒng)一正常發(fā)揮職能。而重要的是,，任何磁場(chǎng)都具有對(duì)人的生命系統(tǒng)組織起到破壞作用的頻率和振幅渠道,，從而加速人的衰老。即使是人能逃避電磁場(chǎng)的影響,，但也于事無(wú)補(bǔ),。因?yàn)槿梭w細(xì)胞能“牢記”電磁場(chǎng)的影響，而后者的生物效應(yīng)又“習(xí)慣于”積累,，所以它們往往會(huì)引起神經(jīng)系統(tǒng)的退化,，還會(huì)引發(fā)白血病、荷爾蒙紊亂,，可能還會(huì)引發(fā)腫瘤,。

        世界衛(wèi)生組織1996-2000年的“電磁場(chǎng)與人的健康”國(guó)際科學(xué)規(guī)劃指出，諸如癌癥,、行為發(fā)生變化,、失憶、帕金森和老年性癡呆,、艾滋病以及包括自殺率上升等其他諸多現(xiàn)象都是電磁場(chǎng)影響的結(jié)果。

        阿佳克申還認(rèn)為,，人體內(nèi)就數(shù)神經(jīng)系統(tǒng),、免疫系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)和生殖系統(tǒng)的細(xì)胞對(duì)磁場(chǎng)的作用最敏感,。在電磁場(chǎng)的作用下,，神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)細(xì)胞間的信息傳遞系統(tǒng)失靈，大腦的整個(gè)工作癱瘓,，最后導(dǎo)致行為變異,、失憶和對(duì)周圍發(fā)生的事件無(wú)法進(jìn)行正確的判斷。電磁場(chǎng)一分鐘或一小時(shí)的作用所引起的過(guò)程可以在神經(jīng)系統(tǒng)延續(xù)好幾個(gè)星期和幾個(gè)月,。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),，凡長(zhǎng)期接觸電磁場(chǎng)的人，即使是強(qiáng)度不大,，都愛(ài)變得神經(jīng)緊張,。

生命在于運(yùn)動(dòng)

        電磁場(chǎng)最容易對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng),、內(nèi)分泌系統(tǒng)和生殖系統(tǒng)產(chǎn)生影響,。

        免疫系統(tǒng)的改變會(huì)產(chǎn)生過(guò)敏反應(yīng),，降低身體的抗感染力。除此之外,，近些年還發(fā)現(xiàn)電磁場(chǎng)容易致癌,。

        內(nèi)分泌系統(tǒng)受到電磁場(chǎng)的影響，會(huì)降低人體對(duì)外界環(huán)境的適應(yīng)能力,。

        由此看來(lái),，電磁場(chǎng)無(wú)疑是促使細(xì)胞衰老的一個(gè)重要因素。

        既然電磁場(chǎng)的影響無(wú)法避免,，那能不能哪怕稍稍減少呢,？

        首先是盡量少在產(chǎn)生電磁場(chǎng)的電器旁工作，或者把這些電器擺在稍遠(yuǎn)一些的地方,。其次是加強(qiáng)運(yùn)動(dòng),，努力激活體內(nèi)的細(xì)胞，保持其旺盛的生命力,。也就是說(shuō),，最大限度地提高它們對(duì)病毒、細(xì)菌和輻射的抵抗力,。