美麗極光背後隱藏的危機

2023 年 4 月 11 日
臺中市雙十國民中學體育館
適合閱讀對象:一般民眾
李奕德
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中央氣象署數值資訊組研究員
作者 / Author

本活動由中央氣象署太空天氣作業辦公室、中央大學地球科學前瞻應用中心聯合主辦。

極區的夜空中出現的極光,原來竟是太空環境中的現象,而繽紛的色彩竟然也和太空天氣有關。本次的講座,就從一張張美麗的極光照片展開,在這些照片的背後竟然是太陽活動和地球磁場的傑作。從太陽表面會產生帶電粒子所組成的太陽風,隨著太陽自轉以及往外噴發的速度朝向太空環境而去。當這些帶電粒子往地球傳播而來的時候,地球的磁場就形成的一道天然的防護罩。如果太陽風的風速太高,又或者是密度太濃的時候,就像我們撐著雨傘卻遇上強風暴雨一樣,這樣時候磁層就會往地球的方向被擠壓。這樣的擠壓會讓位在地面上的磁力儀記錄到地磁強度的變化,如果擾動幅度大又劇烈,就稱作磁暴。當地球磁層受到擠壓,從磁層往下的帶電粒子數量增加,能量也增加。這些直衝而下的帶電粒子撞擊到其他氣體粒子後,會將能量轉移出去。接著透過連鎖反應,讓愈來愈多的粒子能量升高。這樣粒子為了將能量釋放掉,回到穩定的狀態,就會用電磁波的形式進行能量的轉換。其實電磁波的範圍很廣,我們肉眼看到的光也是一種。所以如果剛剛提到的電磁波剛好是可見光的範圍,就會看到天空中出現發光的現象。再加上每一種氣體分子或原子,像是氧原子、氮原子等,發光時的顏色都不太一樣。最後就成了五彩繽紛的極光。

整體來說,太陽風的變化會和太陽活動有關,而整個太空環境的變化最先影響到就是在太空環境中運行的人造衛星。隨著科技演進,我們的生活也和衛星有著密切的關連。因此當衛星上控制電腦、資料傳輸或是飛行軌道受到影響時,就會影響衛星通訊或是衛星定位的服務。更嚴重的情況,還會讓人造衛星永久的失能,成了太空垃圾。而太陽表面上的劇烈變化就稱之為太陽風暴,可以分成電磁波上的能量變化稱之為太陽閃焰,傳播到地球只需要八分半;另外一種是帶電粒子的影響,大約需要三到四天的時間。

本次應台中市雙十國中圖書館的邀請,配合SDGs4優質教育系列展活動,以自然領域的太空為主題,再加上臺中市立圖書館支援與主題相符的圖書,最後透過講座的方式帶領學生瞭解地球之外的太空環境。

圖說

1. 極光與太空天氣介紹:

由李奕德博士透過簡報和移動式球型投影系統(Dagik Earth)為參加的學生介紹極光的奧秘、顏色的由來,並藉由極光的生成連結到太空環境會受到太陽活動的影響,並且進一步間接地影響到日常生活和在軌道中運行的人造衛星。