壮观的极光预示着地球关键基础设施的潜在危险

科学家发现，正面撞击地球磁场的星际冲击会引起更强的地面电流，威胁到管道和海底电缆。

极光是由太阳粒子撞击地球磁场造成的，但这些撞击也会在地面引起地磁感应电流，从而损坏导电的基础设施。研究这些电流以保护关键基础设施的科学家们开展了第一项研究，将行星际撞击与地磁感应电流的实时测量结果进行了比较，结果表明，撞击的角度是预测可能对基础设施造成损害的关键：以一定角度撞击磁场的撞击产生的电流威力较小。 行星际撞击对基础设施的影响

千百年来，极光一直是神话和预言的灵感来源--但直到现在，随着现代科技对电力的依赖，我们才体会到极光的真正威力。引起极光的力量同样也会产生电流，从而损坏管道等导电基础设施。现在，科学家们在《天文学和空间科学前沿》（Frontiers in Astronomy and Space Sciences）上发表文章，证明星际冲击的撞击角度是决定电流强度的关键，从而为预测危险的冲击和保护关键基础设施提供了机会。

文章的第一作者、美国宇航局戈达德太空飞行中心的丹尼-奥利维拉博士解释说："极光和地磁诱导流是由类似的空间天气驱动因素引起的。极光是一种视觉警告，表明太空中的电流会在地面上产生这些地磁感应电流。"

他补充说："在严重的地磁暴期间，极光区域会大大扩展。通常情况下，极光区最南端的边界在纬度 70 度左右，但在极端事件中，极光区可能会下降到 40 度甚至更低，这在 2024 年 5 月的风暴中肯定会发生--这是过去二十年中最严重的风暴。 "

极光由两个过程引起：一是从太阳喷射出的粒子到达地球磁场并引起地磁暴，二是星际冲击压缩地球磁场。这些冲击还会产生地磁感应电流，从而损坏导电的基础设施。更强烈的星际冲击意味着更强大的电流和极光--但频繁发生的、不太强烈的冲击也会造成损害。

奥利维拉说："可以说，对电力基础设施最严重的有害影响发生在 1989 年 3 月的一次严重地磁暴之后--加拿大的魁北克水电公司系统关闭了近 9 个小时，导致数百万人断电。但是，诸如行星际冲击等较弱、较频繁的事件也会长期对地面导体构成威胁。我们的工作表明，冲击后会经常出现相当大的地电电流，值得关注。"

正面而不是以一定角度撞击地球的冲击被认为会诱发更强的地磁感应电流，因为它们会更多地压缩磁场。科学家们研究了不同角度和时间的冲击对地磁感应电流的影响。

为此，他们建立了一个星际冲击数据库，并将其与芬兰 Mäntsälä 天然气管道的地磁感应电流读数进行交叉对比。为了计算这些冲击的特性，如角度和速度，他们使用了行星际磁场和太阳风数据。冲击被分为三组：高度倾斜冲击、中度倾斜冲击和近正面冲击。

他们发现，更正面的冲击会在冲击后立即和随后的亚暴期间造成更高的地磁感应电流峰值。特别强烈的峰值出现在磁场午夜前后，此时北极位于太阳和门特斯拉之间。此时发生的局部亚暴也会导致极光变亮。

当地时间黄昏左右，当Mäntsälä发生扰动冲击后不久，就会出现中等强度的气流，而当地时间午夜左右，则会出现更强烈的气流。由于可以在撞击前两小时预测这些冲击的角度，这些信息可以让人们在最强烈和最正面的冲击来临之前为电网和其他脆弱的基础设施设置保护措施。

奥利维拉建议说："电力基础设施运营商为保护设备可以做的一件事是，在发出冲击警报时管理一些特定的电路。这将防止地磁感应电流缩短设备的使用寿命"。

不过，科学家们并没有发现电击角度与电击并诱发电流所需的时间之间有很强的相关性。这可能是因为需要对不同纬度的电流进行更多记录，以研究这方面的问题。

奥利维拉提醒说："海流数据只在一个特定地点收集，即Mäntsälä天然气管道系统。虽然曼采莱处于关键位置，但它并不能提供全球情况。此外，在调查期间，Mäntsälä的数据缺失了几天，这迫使我们不得不放弃冲击数据库中的许多事件。如果全世界的电力公司都能将其数据提供给科学家进行研究，那就更好了。"

编译自/scitechdaily