諸緣來去何增減？笑擁斜陽照海天。。。 短暫人生幾番風雨情。 匆匆走過幾度回眸戀。 心坎鑲著足痕淚光影。 誰悟得無生法忍行去。 *幻羽*捻題一*悟行* 2023/01/03/18:34:58

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隨著太空科技的快速進步以及人造衛星通訊與衛星定位系統的廣泛應用，太空天氣的研究成為太空科學家們的熱門話題之一，尤其在加拿大魁北克大停電以及通訊衛星失去聯絡，都是因為太陽磁爆效應，太空科學家們開始意識到太空天氣對人類生活有著直接影響以及太空天氣研究的重要性。

太陽磁暴效應除了破壞地球高緯度地區電力系統以及損壞人造衛星之外，太空天氣效應也在其他層面影響人類的生活，例如，越來越多的民航客機使用飛越極區的航道來縮短航程，但是因為地球極區為受到太陽磁暴影響最劇烈的區域，在磁暴發生時飛越極區，將會面臨無法通訊的可能因而影響飛行安全，因此許多航空公司，都會在每天安排飛行航程時參考美國國家海洋大氣總署（National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA）的太空天氣預測，以決定是否取消該天的極區航程。

此外，太陽磁暴因為會讓電離層產生劇烈擾動造成GPS 全球定位系統的定位準確度大打折扣，船隻與汽車上的衛星導航的可靠性都降低了。除了民生用途方面的影響外，太空天氣效應會讓軍事系統中的通訊功能喪失。這些影響都可能讓一場成功的作戰攻擊計畫失敗。也因此許多國防單位都將太空天氣的研究視為重要的課題。美國空軍還特地發射一枚觀測人造衛星來監控。美國國家商業部（Department of Commerce, Doc）的美國國家海洋大氣總署（NOAA）也設置了太空環境中心。

太陽磁暴是如何造成地球的磁場以及電離層擾動，而影響人類生活呢? 

經過太空科學家的多年研究，現在大致知道太陽磁暴發生時，太陽表面活動旺盛，太陽表面的閃焰（一種局部輻射突然增加的太陽活動）爆發次數也會增加，閃焰爆發時會輻射出X射線、紫外線、可見光及高能量的質子和電子束。其形成的電流衝擊地球磁場，引發磁暴。

地球的磁場在此時扮演著守護神角色，將這些高能帶電粒子阻隔在地球之外，然而還是會有約小於10% 的太陽風與高能粒子會沿著地球磁場跑到地球背對太陽的地方，那些太陽風帶電粒子會擠壓地球南北極磁場，讓地球南北磁極的電流瞬間急速增加，這個時候如果沒有啟動在這些區域的變電系統以及電纜線的防護措施，則會造成變電系統以及電纜線的損壞而造成停電。

同時，在南北磁極間飛行的飛機則可能會面臨到機上人員受到過量輻射而危害健康，以及因為電離層受到強烈擾動而影響飛機高頻通訊的風險。

不到10% 的太陽風能量就能對地球造成如此大的影響，實在是難以想像當地球沒有磁場的保護，暴露在太陽底下，或許是一片荒涼沒有生命的星球。現今的科學家們，為了隨時掌握太空天氣的狀況，也發射了許多衛星監控，可以適時地給予預警，使我們受到太陽風暴的影響降低。

 

當太陽磁場發生磁暴時，帶電粒子會環繞著地球飛奔，並轟擊高層大氣，尤其是高緯度地區更受到嚴重影響。陣陣粒子狂風會帶來下列嚴重的影響: 

輸配電線網路
當電子如瀑布般落向地球時，會在高層大氣產生一股強烈電流，稱為極光電子噴流。此電流使地磁強度起伏不定，進而引發地面上電力線路中的電流脈衝。1989年3月13日的強烈磁暴期間，加拿大魁北克省的水力發電廠的電力線路因為突然發生的巨大感應電流造成超載，使加拿大許多地區陷入一片漆黑。 

人造衛星
當粒子撞擊人造衛星時，衛星表面會帶電。這些累積起來的電量有時會觸發火花，使衛星電路失靈。此外，磁暴會使得地球大氣層變熱而擴張。假如衛星軌道附近的大氣密度變得夠大的話，摩擦力的增加會使得衛星飛行速度變慢，讓它往下掉。這個原因導致了1979年人造衛星「太空實驗室」提前墜落。 

太空人
強烈的磁暴將使國際太空站暴露在質子流的照射之下;質子能穿透太空衣，甚至太空站牆壁。為了保護太空人，NASA一直在監測太空氣象數據。假如即將來臨的磁暴可能帶來危險，NASA便會延遲或取消計畫中的太空漫步，並要太空人躲到太空站中有防護的地方去。

 

磁暴，地球磁場全球性劇烈變動的現象，主要發生在行星際磁場持續轉南向的時候，我們可以透過中、低緯度的地磁測站量測地球磁場，以地球磁場北-南方向分量的變動程度定義磁暴的發生。磁暴發展過程可分為三個階段，起始期 (Initial phase)、主相位期 (Main phase) 以及回復期 (Recovery phase)。磁暴剛發生 的起始期，中、低緯度磁場會有一個短暫突然的北向增強現象 (SSC, Sudden Storm Commencement)，然後開始平緩的減弱，進入發展期後，地球磁場開始大幅地減弱到達最小值，之後地球磁場便開始慢慢回復到之前的水平。一般而言，起始期為時數分鐘到幾個小時，發展期會持續數小時，而回復期則可延續數天之久。 

磁副暴概念衍生自許多對磁暴的研究過程，在磁暴發生的過程中，其間內含了許多分散發生和間歇發生的極區擾動，通常持續一小時或數小時左右。我們通常可透過兩種方式觀察這些區域性的擾動：(1) 極光表現，以及(2) 極區地磁變動。 

(1)全球極光影像

磁副暴的發展可分為三個時期：成長期 (Growth phase)、爆發期 ( Expansion phase) 和回復期 (Recovery phase)。在成長時期，磁副暴開始發展，最靠近赤道方向的極光會突然間增亮，此特徵點我們特稱為極光破展點 (breakup)；接著在極區，開始發生往地球極軸方向的範圍性極光增亮現象，此時進入爆發期，達到極區最大擾動 ；此後慢慢回復至平常的狀態，即處於回復期。 透過判定極光破展點的發展，我們可定義磁副暴事件的發生，下圖為 Polar UVI 所呈現的磁副暴事件極光影像圖，磁副暴發生的時間介於 1329:43 UT 至 1331:06 UT 之間。 

(2) 極區地磁變動

透過位在高緯度環繞極區的地磁測站，我們可以觀測極區地磁變動的情形，我們定義在極區量測到地磁北-南方向的最大值為 AU ，最小值為AL，當磁副暴發生時 AL 值會陡降，此時為爆發期。 

然而，我們為什麼要這麼在意這些我們〝感受不太到〞的現象呢？事實上，除了美麗極光的展現之外，這些現象早已在我們的日常生活中深植影響，以不同的形式讓我們有所感受。在磁暴及磁副暴發生的時候會帶來大量的高能粒子，這些高能粒子會使得生物的基因結構受到破壞，引發癌症，以及其他的健康問題；地磁系統的劇烈擾動也會使得生態系統受到極大的影響，有遷徙慣性的生物如鴿子、海豚和鯨魚等等，其遷徙路徑的改變可能會為牠們帶來死亡的危機；磁暴及磁副暴發生時將會使得與整個通訊系統有絕對關係的電離層結構整個重整改變，屆時整個通訊系統無法正確的因應將使得人與人之間的聯絡大受影響；此外磁暴磁副暴所帶來的高能粒子最先衝擊到的就是我們日常生活中越來越依賴的衛星系統，衛星表面不正常的 電荷累積使得監控衛星、上下傳輸資料以及正確的掌握衛星的位置變得不可能，更遑論我們越來越仰賴的GPS衛星定位功能能夠運作；1940年3月24日在新英格蘭、紐約‧‧‧等地區，1958年2月9、10日在英國哥倫比亞，1972年8月2日在華盛頓和北達科塔州，1989三月13在魁北克，以及2003年8月14日在美國及加拿大，都發生了大規模的停電，因為磁場的改變引發不正常的電流，對電力傳輸線路造成極大的危害，使得供電系統 癱瘓。 

這就是為何磁暴以及磁副暴如此受到關注的原因，透過科學研究，我們希望能對磁暴以及磁副暴的發生機制以及整個物理運作系統有更多的了解，使得我們更能夠掌握太空天氣的發展，將來能夠在磁暴及磁副暴對地球生態系統和人們的日常生活帶來危害及不便之前，能夠先發出警報並能夠發展出因應的辦法。