【物理研究】太陽磁場與地球閃電的關係

■英國科學家發現,地球上發生閃電的機率似乎與太陽磁場的方向有關。

(Courtesy: iStockphoto/TomasSereda)
(Courtesy: iStockphoto/TomasSereda)

撰文|陳勁豪

在悶熱的夏天午後,有時候天空便會積起烏雲,隨後便下了一場雷陣雨來消解暑氣。當雲中的正負電荷堆積到一定程度時,我們便有可能看到閃電從天而降。當正負電荷在天上移動的時候,會因為地球磁場的影響而改變其排列方式,因此地磁對閃電的產生有著一定程度的影響。

在大眾的理解中,地球的磁場基本上是由地磁南極指向地磁北極的簡單直線。事實上,地磁南極跟地磁北極並不是在對稱的位置上,而是約略會有五度的偏差。造成地球磁場方向歪斜的主要原因是因為受到太陽磁場的影響。

太陽的磁場方向並不是固定不動的,而是以大約10到15天的週期產生變化。每次改變不但會改變磁場大小,甚至會改變磁場方向。因此,每當太陽磁場的方向跟強度改變時,地球磁場也會因此而略為改變方向。

為了研究太陽磁場與地球閃電之間的關係,英國University of Reading的Mathew Owens的團隊利用英國氣象辦公室(Meteorological Office)從2001到2006之間的閃電資料,配合由衛星所測量到的太陽磁場變化,發現閃電的發生頻率的確跟太陽磁場有關連。舉例來說,在七月的時候,當太陽磁場指向地球的時候,平均約會產生40次左右的閃電。但是當太陽磁場指向反方向的時候,閃電產生的平均次數便跳升到了90次。

如果要仔細研究地球磁場與發生閃電之間的關聯性,那麼科學家需要對不同緯度的地區同時進行類似的研究,因為地球磁場方向的改變在高緯度地區(例如英國)會相對比較明顯,在低緯度地區例如赤道附近,則會相對不明顯。但是閃電的形成還牽涉到不同區域大氣成份,還有種種的其他因素,因此這並不是一個簡單的問題。

不過這個研究的確為預測閃電的發生開出了新的研究方向,進而可能增加未來天氣預報的準確性。

原始論文:
Modulation of UK lightning by heliospheric magnetic field polarity
M J Owens et al 2014
Environ. Res. Lett. 9 115009
doi:10.1088/1748-9326/9/11/115009

參考資料:
Physics World 2014/11/19: Sun's magnetic field affects frequency of lightning strikes on Earth

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作者:陳勁豪 科教中心特約寫手,從事科普文章寫作。2011年於美國紐約州立石溪大學(SUNY at Stony Brook)取得博士學位,研究主題為相對論性重離子碰撞(Relativistic Heavy Ion Collision)。長期擔任中文科學新聞網站「科景」(Sciscape.org)總編輯。

 

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