磁暴

【磁暴】（magnetic storm）地球磁場的強(qiáng)烈擾動，是日冕發(fā)射出的太陽粒子流輻射侵入地球的指標(biāo)。磁暴分為急始磁暴和緩始磁暴兩種。

急始磁暴在開始時，地磁的水平強(qiáng)度突然增大，幾小時后又急速地下降，變幅為5×10-4～3×10－3Gs（ 1Gs=10-4T，下同），個別的可達(dá) 10-2Gs以上，幾天后又慢慢地恢復(fù)到磁暴前的狀態(tài)。急始磁暴的開始時刻，幾乎是全球同時發(fā)生的，很少相差分鐘以上。而緩始磁暴開始則變化較慢，通常在1小時之內(nèi)便可把它辨認(rèn)出來。磁暴發(fā)生時在高緯地區(qū)常伴有極光出現(xiàn)，無線電通訊全受到嚴(yán)重干擾。

在磁暴期間，地磁場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)磁暴開始時，在全球大多數(shù)地磁臺的磁照圖上呈現(xiàn)出水平分量的一個陡然上升。在中低緯度臺站，其上升幅度約10～20納特。這稱為磁暴急始,記為SSC或SC。急 太陽磁暴沖擊地球引發(fā)絢爛極光始是識別磁暴發(fā)生的明顯標(biāo)志。有急始的磁暴稱為急始型磁暴。高緯臺站急始發(fā)生的時刻較低緯臺站超前,時間差不超過1分鐘。 　　

磁暴開始急，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，磁照圖呈現(xiàn)明顯的起伏，這也是識別磁暴的標(biāo)志。同一磁暴在不同經(jīng)緯度的磁照圖上表現(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)度的若干個中、低緯度臺站的磁照圖進(jìn)行平均。經(jīng)過平均之后的磁暴的進(jìn)程稱為磁暴時（以急始起算的時刻）變化，記為Dst。 　　

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

磁照圖反映所有各類擾動的疊加，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都作為一種成分，包括到磁暴中。但在建立磁暴概念時，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。

磁暴時變化大體可分為3個階段。

磁暴初相

緊接磁暴急始之后，數(shù)小時之內(nèi)，水平分量較其平靜值大，但增大的幅度 磁暴不大，一般為數(shù)十納特，磁照圖相對穩(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，下降時間約半天，其間，磁照圖起伏劇烈，這是磁暴表現(xiàn)最活躍的時期，稱為磁暴主相。通常所謂磁暴幅度或磁暴強(qiáng)度，即指這個極小值與平靜值之差的絕對值，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。

太陽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。太陽風(fēng)高速流也在其前緣形成激波，激波中太陽風(fēng)壓力驟增。當(dāng)激波掃過地球時，磁層就被突然壓縮，造成磁層頂?shù)厍蛞粋?cè)的磁場增強(qiáng)。這種變化通過磁流體波傳到地面，表現(xiàn)為地面磁場增強(qiáng)，就是磁暴急始。急始之后，磁層被壓縮，壓縮劇烈時，磁層頂可以進(jìn)入同步軌道之內(nèi)。與此同時磁層內(nèi)的對流電場增強(qiáng)，使等離子體層收縮，收縮劇烈時，等離子體層頂可以近至距地面2～3個地球半徑。如果激波之后的太陽風(fēng)參數(shù)比較均勻，則急始之后的磁層保持一段相對穩(wěn)定的被壓縮狀態(tài)，這對應(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個地球半徑之內(nèi)，距離地心2～10個地球半徑的區(qū)域內(nèi),分布有能量為幾十至幾十萬電子伏的質(zhì)子。這些質(zhì)子稱為環(huán)電流粒子，在地磁場中西向漂移運(yùn)動形成西向環(huán)電流,或稱磁層環(huán)電流,強(qiáng)度約106安。磁層環(huán)電流在磁層平靜時也是存在的。而磁暴主相時，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,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，磁層從太陽風(fēng)所獲得并耗散的總能量。而半徑為 3個地球半徑的球面之外的地球基本磁場的總能量也只有3×1016焦耳?？梢?，磁暴期間磁層擾動之劇烈。 　　

磁層亞暴時注入的粒子向西漂移,并繞地球運(yùn)動,在主相期間來不及漂移成閉合的電流環(huán)，因此這時的環(huán)電流總是非軸對稱的，在黃昏一側(cè)強(qiáng)些。 　　除主相環(huán)電流外，在主相期間發(fā)生的亞暴還對應(yīng)有伯克蘭電流體系。伯克蘭電流體系顯然是非軸對稱的。它在中低緯度也會產(chǎn)生磁效應(yīng),只不過由于距離較遠(yuǎn),效應(yīng)較之極光帶弱得多。它和主相環(huán)電流的非軸對稱部分的地磁效應(yīng)合在一起就是DS場。 　　

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

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

磁暴觀測早已成為各地磁臺站的一項常規(guī)業(yè)務(wù)。在所有空間物理觀測項目中，地面磁場觀測最簡單可行,也易于連續(xù)和持久進(jìn)行,觀測點(diǎn)可以同時覆蓋全球陸地表面。因此磁暴的地面觀測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，往往都要參考代表磁暴活動情況的磁情指數(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)報和觀測資料。 　

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風(fēng)進(jìn)入磁層等等問題，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)系問題也開始引起人們的注意和興趣。

磁暴期間最基本的現(xiàn)象就是磁層磁場劇烈擾動，其直接的后果是對衛(wèi)星姿態(tài)有影響。由于磁場磁場劇烈擾動會導(dǎo)致磁場空間的電場擾動，因此，磁暴期間磁場的電磁場都會出現(xiàn)擾動，從而使得磁層空間內(nèi)的帶電粒子環(huán)境發(fā)生變化。增強(qiáng)的帶電粒子環(huán)境會對衛(wèi)星和飛船以及其它空間飛行器的上的太陽能電池、電子器件、衛(wèi)星表明和深層造成危害?？臻g帶電粒子環(huán)境的變化還會導(dǎo)致電離層環(huán)境變化（形成電離層暴），同時對地面技術(shù)系統(tǒng)，如電力系統(tǒng)等造成危害。磁暴是最重要的災(zāi)害性空間天氣現(xiàn)象。

對城市的影響

在大城市的每個住家里，其電磁環(huán)境都存在很大問題。一個個鋼筋水泥盒子破壞了自然場，而家用電器又產(chǎn)生了大量有別于自然環(huán)境的電磁場?？蛇z憾的是，任何一座大城市的這么一個普普通通問題，還有就是無線電通訊、日常辦公 磁暴發(fā)生時的太陽和生活所使用的電器所產(chǎn)生的電磁輻射，卻又無法避免。其中電磁輻射最強(qiáng)的當(dāng)數(shù)微波爐、無氟冰箱、抽油煙機(jī)、電烤箱和電視機(jī)。 　　

電磁場對居民身體的不良影響是當(dāng)今社會的一個相當(dāng)現(xiàn)實(shí)的問題，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。尤其是現(xiàn)在，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通訊系統(tǒng)的電磁輻射所覆蓋，這個問題變得更加尖銳。

對細(xì)胞的影響

為了弄清這種情況會對我們的身體健康有多大的危險，很有必要提到細(xì)胞的交際語言之一——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，只能像個士兵一切統(tǒng)統(tǒng)照辦?？墒牵绻拥降闹噶钍窍嗷ヅ懦?、相互矛盾的呢…… 　　

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

人處在磁暴中到底會有些什么反應(yīng)對我們不少人已經(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，在電磁場的影響下，動物的舉動變得具有攻擊性。老鼠會無緣無故地發(fā)火，拼命地在籠子里跑來跑去，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對人體影響的結(jié)果。尤其是孩子對電磁場的不良影響最為敏感。

電磁場同長壽的關(guān)系

有人問：那電磁場究竟同現(xiàn)代人的壽命有何關(guān)系？對此俄羅斯醫(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解。他認(rèn)為，電磁場對我們身體細(xì)胞的任何生命過程都在施加影響。這就意味著也影響到對諸如細(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，由于人類活動而形成的電磁場輻射對細(xì)胞的生命過程及其“自我感覺”進(jìn)行粗暴干涉，尤其是近些年來這種干涉越來越大。比如說，近50年來電磁場的強(qiáng)度比過去已是幾十倍，甚至是幾百倍地增長，這對人體細(xì)胞不能不說是最大的災(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”，這就會導(dǎo)致整個機(jī)體不再能統(tǒng)一正常發(fā)揮職能。而重要的是，任何磁場都具有對人的生命系統(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的影響，但也于事無補(bǔ)。因?yàn)槿梭w細(xì)胞能“牢記”電磁場的影響，而后者的生物效應(yīng)又“習(xí)慣于”積累，所以它們往往會引起神經(jīng)系統(tǒng)的退化，還會引發(fā)白血病、荷爾蒙紊亂，可能還會引發(fā)腫瘤。

世界衛(wèi)生組織1996-2000年的“電磁場與人的健康”國際科學(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)胞對磁場的作用最敏感。在電磁場的作用下，神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)細(xì)胞間的信息傳遞系統(tǒng)失靈，大腦的整個工作癱瘓，最后導(dǎo)致行為變異、失憶和對周圍發(fā)生的事件無法進(jìn)行正確的判斷。電磁場一分鐘或一小時的作用所引起的過程可以在神經(jīng)系統(tǒng)延續(xù)好幾個星期和幾個月。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，凡長期接觸電磁場的人，即使是強(qiáng)度不大，都愛變得神經(jīng)緊張。

生命在于運(yùn)動

電磁場最容易對神經(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)的改變會產(chǎn)生過敏反應(yīng)，降低身體的抗感染力。除此之外，近些年還發(fā)現(xiàn)電磁場容易致癌。 　　

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

由此看來，電磁場無疑是促使細(xì)胞衰老的一個重要因素。 　　

既然電磁場的影響無法避免，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，努力激活體內(nèi)的細(xì)胞，保持其旺盛的生命力。也就是說，最大限度地提高它們對病毒、細(xì)菌和輻射的抵抗力。