太陽風暴打爆了地球磁場

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S. K. Gupta/Tata Institute of Fundamental Research

■印度的Grapes-III宇宙射線望遠鏡發現,2015年六月二十二日時,地球磁場被太陽表面所噴發的高能粒子打破了一個洞。

撰文|陳勁豪

宇宙中有著無數的宇宙射線,也就是高能量帶電粒子。這些宇宙射線的來源主要是來自太陽所發射出的各種高能粒子,或是由宇宙深處所產生。這些宇宙射線對地球上的所有生命體都具有相當大的危害,因為宇宙射線的能量足以破壞 DNA,造成各種可能危及生命的損傷。

但是為什麼地球上依舊有著各式各樣的生命體存在?主要原因之一是因為地球的磁場保護著我們,擋掉了絕大多數的宇宙射線。當帶電粒子射向地球的時候,能量較低的宇宙射線會被地球磁場改變方向而不會直接射中地球。對長時間進行宇宙旅行的太空人,例如在太空站上長期居住或是未來前進火星的太空人,由於缺乏地球磁場的保護,如何降低宇宙射線所造成的傷害便成了相當重要的研究課題。

在2015年六月二十一日的時候,太陽發生了激烈的日冕物質拋射 (coronal mass ejection),放出了大量的帶電粒子。40小時之後,這些帶電粒子以每小時約250萬公里的速度到達地球,引發了一場相當劇烈的地磁風暴 (geomagnetic storm)。這場地磁風暴讓北美不少地方可以看到美麗的極光,但是也對許多的無線電通訊造成了相當嚴重的干擾。

在此同時,位於印度的 GRAPES-3 宇宙射線望遠鏡在發生地磁風暴的同時,也意外觀測到了長達兩小時的大量宇宙射線事件。

印度 Tata Institute of Fundamental Research 的物理學家根據觀測與電腦模擬的結果得出了結論。他們認為當時所產生的地磁風暴大幅減弱了該地區的地球磁場強度,也就是說,這場地磁風暴把地球磁場打了一個缺口出來,使得宇宙射線較容易從這個地磁較弱的地方進入地球,也就是他們所觀測到的長達兩小時的大量宇宙射線事件。

除此之外,科學家也帶來了好消息跟壞消息。好消息是這種地磁破洞的現象只是暫時的,地球磁場會自行修復。壞消息是這種情況會持續發生,而且有可能會造成更大的傷害。

儘管我們對這種情形基本上無能為力,不過既然知道成因,或許科學家可以發展出相對應的保護措施,以減少我們在地磁風暴中受到宇宙射線的傷害的可能性。

 

原始論文::
Transient Weakening of Earth’s Magnetic Shield Probed by a Cosmic Ray Burst
Phys. Rev. Lett. 117, 171101 (2016)

相關報導:
1. 2016/10/20 Synopsis: A Crack in Earth’s Protective Shield
2. 2016/11/04 Scientists have detected a crack in Earth's magnetic shield

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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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