【一场地磁暴让40颗“星链”卫星坠毁，对地面关键设施也有危害】当地时间2月4日 ， 一场地磁暴让美国太空探索技术公司（SpaceX）失去了40颗刚刚发射成功的“星链”卫星 。 根据SpaceX官方网站发布的消息 ， 这些卫星在地磁暴的影响下 ， 近一天时间内大气阻力增加了50% ， 导致它们无法重新提升运行轨道的高度 ， 最终掉回大气层内销毁 。
地磁暴到底是什么？它可能带来哪些危害？历史上还曾经发生过哪些因地磁暴引起的事故和灾害？我们邀请中国科学院文献情报中心空间光电与重大科研设施团队副研究员郭世杰来为读者做些介绍 。

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什么是地磁暴？
地磁暴是地球磁层发生的一种剧烈扰动 。
众所周知 ， 地球本身拥有内禀磁场 ， 而且磁场的南北极跟地理上的南北极相反 。 早在战国时期 ， 我国人民就懂得制造“司南”用来指示方向；北宋科学家沈括在《梦溪笔谈》中甚至提到了指南针“能指南 ， 然常微偏东” ， 表明我国古代已经观察到“地磁偏角”存在的现象 。
然而 ， 人类对地球磁层比较完整和宏观的认知图像是直到进入太空时代之后才建立起来的 。 在卫星出现以前 ， 人们通过建立大量的地磁观测台站 ， 并且借助搭载磁力仪的航海和航空平台 ， 已经开展了全球性的地磁场测量活动 。 1958年 ， 苏联发射了首颗用于测量地磁场的卫星“斯普特尼克3号” ， 随后世界各国发射了许多用于测量地球磁场的卫星 ， 比较著名的有美国1979年发射的“磁卫星”、欧洲空间局2013年发射的“蜂群”卫星星座等 。 我国2003年至2004年实行的“双星计划”也在地球磁场观测方面取得了卓有成效的结果 。
通过利用卫星在太空中实地测量地磁场的大小、方向、随时间的变化情况等 ， 再加上对太阳和太阳风的观测 ， 科学家们逐渐发展和构筑了现代的空间物理学理论大厦 ， 为我们描绘了地球磁层与太阳风相互作用的新图景 。
现在人们认为 ， 地球磁层是由太阳风“挤压”地球磁场而形成的 。 在面向太阳的一侧 ， 地球磁层的边界只有约10个地球半径 ， 而背向太阳的一侧则延伸到200个地球半径之外 ， 就像彗星的尾巴一样 。 当太阳风比较“微弱”时 ， 磁层会膨胀；反之当太阳风较强时 ， 磁层会受到压缩 。 当太阳活动发生比较剧烈的波动、导致地球磁层相应发生剧烈变化时 ， 就可能导致地磁暴的发生 。
航天器为何惧怕地磁暴？
当发生太阳耀斑和日冕物质抛射等剧烈的太阳爆发事件时 ， 强大的太阳风冲击和压缩地球磁层 ， 大量带电粒子沿磁力线沉降、轰击高层大气 ， 产生极光并使极光带膨胀 。 同时 ， 带电粒子的冲击引起地球电离层中等离子体的对流 ， 通过碰撞驱动中性风的产生；在太阳风携带的磁场与地球磁场发生重联时 ， 大量能量和带电粒子快速注入地球磁尾空间 ， 对地球周围环电流的强度产生剧烈扰动 ， 而快速变化的电场又与磁场相伴相生 ， 导致全球范围内的地磁场发生剧烈扰动 ， 从而形成地磁暴 。
在地磁暴期间 ， 受到高能粒子沉降和焦耳加热（电流通过电阻产生热效应）的作用 ， 地球大气层可能受热膨胀 ， 引起高层大气的密度增加 ， 最终导致在近地轨道上运行的卫星受到的大气阻力明显加强 。
根据美国国家大气海洋局空间天气预报中心的数据 ， 就在SpaceX的40颗星链卫星坠毁前几天（1月30日）刚好发生了一次太阳爆发活动 ， 产生的太阳风粒子流于3天后（2月2日）到达地球附近 。 因此有理由推测 ， 正是它们引起的地磁暴导致了2月4日卫星的快速衰减和最终坠毁 。