2024 年 5 月太陽與地磁風暴：初步數據報告

核心概念

2024 年 5 月，太陽活躍區 AR 13664 爆發產生多個日冕物質拋射，引發強烈地磁風暴和廣泛的極光現象，為科學研究提供了寶貴數據，有助於理解太陽活動對地球環境的影響。

摘要

2024 年 5 月太陽與地磁風暴：初步數據報告

導言

太陽活動，特別是日冕物質拋射（CME），會對地球環境造成顯著影響，例如引發地磁風暴、改變宇宙射線輻射水平、擾亂地球磁場以及擴展極光橢圓環的範圍。研究這些太陽爆發事件對於理解現代科學數據與過去超級事件的關聯、發展統計分析以及評估其對地球基礎設施的影響至關重要。

太陽爆發源

2024 年 5 月，太陽活動週期 25 出現了一個顯著的太陽黑子活躍區 AR 13664，引發了多次太陽爆發，並導致了地面增強事件（GLE）和強烈的地磁風暴。

• AR 13664 於 5 月 1 日出現在太陽圓盤的東南邊緣，並迅速發展。
• 該活躍區在 5 月 8 日至 15 日期間產生了 12 次 X 級耀斑，其中包括當前太陽活動週期中觀測到的最大耀斑 X8.7。
• 從 5 月 5 日至 15 日，AR 13664 產生了至少 19 個主要的日冕物質拋射，其中包括 10 個全暈日冕物質拋射。
• 這些日冕物質拋射很可能在到達地球之前發生了碰撞和堆積，形成了複雜的行星際日冕物質拋射（ICME）結構。

宇宙射線變化

• 在 5 月 10 日至 11 日期間，觀測到宇宙射線活動的顯著變化。
• 隨著日冕物質拋射在世界標準時間 5 月 10 日 17:05 到達，發生了顯著的福布希下降（Forbush decrease），宇宙射線強度顯著降低。
• 在福布希下降的恢復階段，地面中子監測器記錄到地面增強事件（GLE），這表明高能質子通量增加。

行星際衝擊波到達和磁層壓縮

• 行星際衝擊波在世界標準時間 5 月 10 日 17:05 到達，導致地球磁層顯著壓縮。
• THEMIS 航天器觀測到磁層頂被壓縮至約 5.04 個地球半徑，這是一個極端的壓縮值，甚至低於地球同步軌道（6.6 個地球半徑）。

地磁擾動

• 2024 年 5 月，地磁測量結果記錄到至少四次突然風暴開始（SSC）。
• 其中，世界標準時間 5 月 10 日 17:05 的 SSC 最為強烈，在柿岡觀測站測得的 ΔH 值約為 78 nT。
• 這次 SSC 是由太陽風速度和密度的快速增加引起的，並伴隨著極光電急流強度的顯著增強。

總結

2024 年 5 月的太陽和地磁風暴為研究太陽活動對地球環境的影響提供了寶貴的數據。這次事件的觀測結果突出了多個日冕物質拋射相互作用的複雜性，以及由此產生的行星際日冕物質拋射結構對地球磁層和宇宙射線強度的影響。

統計資料

太陽黑子活躍區 AR 13664 在 5 月 4 日至 14 日期間，面積從 11.3 億分之一太陽半球增加到 27.61 億分之一太陽半球。
AR 13664 的磁自由能在 5 月 7 日超過 10 的 33 次方爾格，並在 5 月 8 日至 15 日期間引發了 12 次 X 級耀斑。
地磁風暴在世界標準時間 5 月 11 日 2 時達到峰值，Dst 指數為 -412 nT，這是自 1957 年以來第六大磁暴。
極光橢圓環的赤道邊界延伸至 29.8° 的不變緯度。
磁層在衝擊波到達後被壓縮至約 5.04 個地球半徑。

引述

“This solar-terrestrial storm serves as a valuable reference point for connecting modern scientific data with past great storms, particularly regarding geomagnetic impacts.”
“Therefore, it is valuable to have a flash global overview of this solar and geomagnetic storm on the basis of what is available in the immediate aftermath.”

從以下內容提煉的關鍵洞見

The Solar and Geomagnetic Storms in May 2024: A Flash Data Report

by Hisashi Haya... 於 arxiv.org 11-19-2024

https://arxiv.org/pdf/2407.07665.pdf

深入探究

這次太陽風暴對人造衛星和地面電力系統造成了哪些具體影響？

雖然文章沒有詳細說明這次太陽風暴對人造衛星和地面電力系統造成的具體影響，但根據文中提到的現象，我們可以推斷出一些潛在的影響：

人造衛星：

**衛星阻力增加：**太陽風暴期間，地球高層大氣密度會因為加熱而增加，導致衛星軌道衰減加速，如文中提到的「這次事件引發了科學界對幾個方面的分析，例如......以及由此產生的衛星阻力（Parker and Linares, 2024）」。
**通訊干擾：**太陽風暴產生的高能粒子會干擾衛星通訊，造成訊號中斷或失真。
**電子設備損壞：**高能粒子還可能穿透衛星外殼，損壞其電子設備，導致衛星功能異常甚至失效。

地面電力系統：

**地磁感應電流（GIC）：**太陽風暴引發的地磁擾動會在地球表面感應出電流，這些電流可能流入電力系統，造成變壓器過載、燒毀，甚至引發大規模停電。
**無線電通訊中斷：**太陽風暴會影響地球電離層，干擾無線電通訊，特別是高頻通訊。

如果 AR 13664 在太陽活動週期 25 的峰值期間爆發，而不是在上升階段，那麼這次事件的強度是否會有所不同？

文章中提到「經驗證據表明，雖然太陽爆發的最大強度不一定取決於太陽活動週期的強度，但這種太陽爆發在較大的太陽活動週期中發生的頻率更高，尤其是在其峰值和下降階段之間」。
因此，如果 AR 13664 在太陽活動週期 25 的峰值期間爆發，其強度不一定會比這次更強。然而，由於太陽活動峰值期間太陽整體活動水平更高，出現其他強烈太陽爆發的可能性也會增加，這些爆發可能與 AR 13664 產生的爆發相互作用，從而導致更強烈的太空天氣事件。

我們如何利用對太陽風暴的理解來更好地保護地球上的生命和技術免受太空天氣的影響？

通過深入理解太陽風暴，我們可以採取以下措施來更好地保護地球上的生命和技術：

**加強太空天氣監測和預報：**通過部署更多先進的太空天氣觀測設備，例如太陽觀測衛星和地面觀測站，我們可以更準確地監測太陽活動，預測太陽風暴的發生時間、強度和路徑，為採取應對措施爭取寶貴時間。
**提高關鍵基礎設施的抵抗力：**針對電力系統、通訊網絡、導航系統等關鍵基礎設施，我們可以採取加強電磁屏蔽、安裝保護裝置、制定應急預案等措施，提高其抵抗太空天氣事件的能力。
**研發更先進的太空天氣預報模型：**通過結合物理模型和機器學習等技術，我們可以開發更精確的太空天氣預報模型，提高對太陽風暴影響的預測精度，為制定更有效的防護措施提供科學依據。
**加強國際合作：**太空天氣是一個全球性問題，需要各國共同應對。通過加強國際合作，共享觀測數據和研究成果，我們可以更有效地應對太空天氣帶來的挑戰。
總之，通過不斷加深對太陽風暴的理解，並將這些知識應用於太空天氣監測、預報和防護技術的發展，我們可以更好地保護地球上的生命和技術免受太空天氣的影響。