地球的大氣層是由來自太陽的帶電粒子(離子和電子)組成的漩渦雲。“太陽風”衝擊著環繞地球的磁場——磁層。

就像風和風暴在我們的大氣層中創造天氣一樣，強烈的太陽風穿過磁氣圈可以產生磁暴，產生強大的電流，影響我們的生活。

由加州大學洛杉磯分校空間物理學教授Vassilis Angelopoulos領導的美國宇航局THEMIS任務小組進行的一項新研究首次表明，這樣的風暴可能比之前認為的離地球更近，與關鍵天氣、通訊和GPS衛星的軌道重疊。研究小組的發現發表在《自然物理》雜誌上。

磁暴會產生耀眼的北極光，或者產生危險的粒子，它們會向宇宙飛船和宇航員傾斜，使他們無法工作。在某些情況下，磁暴會使電網癱瘓，破壞無線電通訊，腐蝕管道，甚至在赤道附近產生可見的極光。

“通過研究磁氣圈，我們提高了處理人類冒險進入太空的最大危險:太陽驅動的風暴的機會，”安傑洛普洛斯說。

1921年發生的一起事件說明了磁暴的巨大威力。當時，磁暴擾亂了電報通訊，導致電力中斷，導致紐約市的一個火車站被夷為平地。1972年，阿波羅16號和17號宇航員差一點就發生了致命的太陽噴發。這些事件強調了在更多的人類冒險進入軌道時應該評估的潛在危險。另一項研究估計，如果今天發生類似的風暴，美國每天因停電造成的經濟損失可能會超過400億美元。

空間電流如何影響極光和磁暴，在空間物理學界一直爭論不休。由於風暴很少發生，衛星覆蓋也很少，研究人員很難探測到這些風暴的動力過程。

當太陽風的磁能被轉移到磁氣圈時，它會不斷累積，直到通過一個稱為磁重聯的過程將其轉化為熱量和粒子加速度。經過幾十年的研究，研究人員仍然不清楚磁力線在風暴期間的確切位置。

最近多顆衛星的觀測結果表明，磁暴可以通過磁極重連在離地球更近的地方引發，這比之前認為的可能性要大得多。美國宇航局的三顆THEMIS衛星觀測到的磁場重連距離地球只有三到四倍直徑。研究人員沒有料到這種情況會發生在地球附近相對穩定的磁場結構中。

後來，一顆在地球靜止軌道上離地球較近的氣象衛星探測到與磁暴有關的帶電粒子。

氣象衛星證明，這種近地重連刺激了離子和電子加速到高能量，對在這一共同軌道上執行的數百顆衛星構成了威脅。這些粒子會破壞電子裝置和人體DNA，增加宇航員輻射中毒和癌症的風險。一些粒子甚至可以進入大氣，影響飛機乘客。

論文的第一作者安傑洛波洛斯說:“只有通過對磁力線重連及其產生的能量流的直接測量，我們才能令人信服地證明這種意想不到的風暴發電機制。”“捕捉到這一罕見的、比以往任何時候都更接近地球的事件，迫使我們修正之前關於重新連線過程的假設。”

這一發現將最終幫助科學家完善磁氣圈對太陽風響應的預測模型，為衛星、宇航員和能源網格提供寶貴的額外時間，甚至是幾天，為太空中的下一個“大風暴”做好準備。