科学家称，地球磁场迎面撞击引起的极光可能会破坏关键基础设施
数千年来，极光一直激发着人们的神话和预兆——但直到现在，随着现代技术依赖于电力，我们才意识到极光的真正威力。造成极光的同样力量也会产生电流，从而损坏输电基础设施，如管道。现在，在《天文学和空间科学前沿》杂志上撰文的科学家已经证明，行星际冲击的撞击角度是决定电流强度的关键，这为预测危险冲击和保护关键基础设施提供了机会。
“极光和地磁感应电流是由类似的太空天气驱动因素引起的，”本文主要作者、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。“极光是一种视觉警告，表明太空中的电流可以在地面上产生这些地磁感应电流。”
“在严重的地磁风暴期间，极光区域可能会大幅扩张，”他补充道。“通常，它的最南边界在北纬 70 度左右，但在极端事件中，它可能会下降到 40 度甚至更低，这在 2024 年 5 月的风暴期间就发生了——这是过去二十年来最严重的风暴。”
灯光、色彩、动作
极光是由两个过程引起的：要么是从太阳喷出的粒子到达地球磁场并引起地磁暴，要么是行星际冲击波压缩地球磁场。
这些冲击波还会产生地磁感应电流，从而损坏导电的基础设施。更强大的行星际冲击波意味着更强大的电流和极光——但频繁、强度较小的冲击波也可能造成破坏。
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 月一场严重的地磁暴之后——加拿大魁北克水电系统关闭了近九个小时，导致数百万人断电。”
“但较弱、较频繁的事件（如行星际冲击）会随着时间的推移对地面导体构成威胁。我们的研究表明，冲击后经常会出现大量地电流，值得关注。”
撞击地球的冲击波与以一定角度撞击地球的冲击波相比，被认为会引发更强的地磁感应电流，因为它们会进一步压缩磁场。科学家研究了不同角度和不同时间的冲击波对地磁感应电流的影响。
为此，他们获取了行星际冲击的数据库，并将其与芬兰曼察拉（Mäntsälä）天然气管道的地磁感应电流读数进行交叉引用，该管道在极光活跃时期通常位于极光区域。
为了计算这些激波的角度和速度等特性，他们使用了行星际磁场和太阳风数据。激波被分为三类：高度倾斜激波、中等倾斜激波和近正面激波。
攻角
他们发现，更多的锋面激波会导致地磁感应电流在激波后立即出现更高的峰值，以及在随后的亚暴期间出现更高的峰值。在磁午夜左右会出现特别强烈的峰值，此时北极应该位于太阳和曼萨拉之间。此时的局部亚暴也会导致惊人的极光变亮。
奥利维拉说：“当曼萨拉位于当地时间黄昏左右时，扰动影响发生后不久就会出现中等强度的洋流，而更强烈的洋流则出现在当地时间午夜左右。”
由于可以在撞击前两小时内预测这些冲击的角度，这些信息可以让我们在最强烈、最正面的冲击袭来之前，为电网和其他脆弱的基础设施设置保护措施。
“电力基础设施运营商可以采取的保护设备措施之一是，在发出电击警报时管理几个特定的电路，”奥利维拉建议道。“这将防止地磁感应电流缩短设备的使用寿命。”
然而，科学家们并没有发现冲击波的角度和撞击并产生电流所需的时间之间存在很强的相关性。这可能是因为需要在不同纬度记录更多的电流来研究这方面的问题。
“目前的数据仅在特定位置收集，即曼萨拉天然气管道系统，”奥利维拉提醒道。
“尽管曼萨拉位于关键位置，但它无法提供全球情况。此外，在调查期间，曼萨拉的数据缺失了几天，这迫使我们放弃冲击数据库中的许多事件。如果全球电力公司能够让科学家获取其数据以供研究，那就太好了。”
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