最近，世界上比平常更多的人能够用肉眼看到头顶上的北极光和南极光。这一不寻常的事件是由一场非常强烈的太阳风暴引发的，它影响了地球磁场的运动。
太阳正达到11年一个周期的活动最大值。这意味着我们可以期待更多的粒子爆发。在适当的情况下，这些最终会产生天空中美丽的极光，以及可以破坏电网和轨道卫星等基础设施的地磁风暴。
那么究竟是什么导致了这些现象呢?北极光和南极光通常局限于非常高和非常低的纬度。来自太阳的高能粒子在太阳磁场的引导下流向地球。在一个被称为重联的过程中，它们被转移到地球磁场中。
这些非常快速和热的粒子然后沿着地球的磁力线(磁铁产生的力的方向)冲刺，直到它们撞上中性的、寒冷的大气粒子，如氧、氢或氮。在这一点上，一些能量损失了，这使当地环境变暖。
然而，大气粒子不喜欢高能，所以它们在可见光范围内释放了一些能量。现在，根据哪个元素太热，你会看到一组不同的波长，因此在电磁光谱的可见光范围内发射出不同的颜色。这就是我们在高纬度地区看到的极光的来源，在强烈的太阳活动期间，在低纬度地区也能看到极光。
极光中的蓝色和紫色来自氮气，而绿色和红色来自氧气。这个特殊的过程一直在发生，但由于地球磁场的形状类似于条形磁铁，因此被入射粒子激发的区域位于非常高和低的纬度地区(一般是北极圈或南极洲)。
那么是什么让我们在北半球更靠南的地方看到极光呢?
你可能还记得在学校里，把铁屑撒在磁铁上的纸上，看看它们是如何与磁场对齐的。你可以多次重复这个实验，每次都能看到相同的形状。
地球的磁场也是恒定的，但它可以被压缩和释放，这取决于太阳的强度。一个简单的方法是想象两个半充气的气球压在一起。
如果你给一个气球充气，给它加更多的气体，压力就会增加，把较小的气球往后推。当你释放多余的气体时，较小的气球放松并向后推出。
对我们来说，这种压力越强，相关的磁力线就越靠近赤道，这意味着可以看到极光。
例外最终风暴
这也是潜在问题出现的地方:移动的磁场可以在任何导电的东西上产生电流。
对于现代基础设施来说，最大的电流产生于电力线、火车轨道和地下管道。这种移动的速度也很重要，可以通过测量磁场受到“正常”干扰的程度来跟踪。研究人员使用的一种测量方法被称为扰动风暴时间指数。
按照这种方法，5月10日和11日的地磁风暴异常强烈。在如此强烈的风暴中，有感应电流的潜在危险。电力线是最危险的，但受益于内置在发电站的保护。自从1989年的地磁风暴融化了加拿大魁北克的一个电力变压器，造成数小时的停电以来，这些问题一直是人们关注的焦点。
更危险的是金属管道，当电流通过时它们会被腐蚀。这不是一个瞬间的效果，而是侵蚀物质的缓慢积累。这可能对基础设施产生非常强烈的影响，但很难检测到。
虽然地面上的电流是个问题，但在太空中，它们更是一个挑战。卫星的接地量是有限的，电涌会破坏仪器和通信。当一颗卫星以这种方式失去通信时，它就被称为僵尸卫星，通常会完全失去通信，造成非常高的投资损失。
地球磁场的变化也会影响穿过地球的光。我们看不到这种变化，但GPS风格的定位系统精度可能会受到严重影响，因为位置读取取决于设备和卫星之间的时间。电子密度(阻挡信号的粒子数量)的增加会导致波弯曲，这意味着它需要更长的时间才能到达你的设备。
同样的变化也会影响卫星互联网的带宽速度和地球的辐射带。这是一个由高能带电粒子(主要是电子)组成的环面，距离月球表面约1.3万公里。地磁风暴可以将这些粒子推向低层大气。在这里，这些颗粒会干扰飞机使用的高频无线电，并影响臭氧浓度。
极光并不局限于地球——很多行星都有极光，它们可以告诉我们很多关于这些天体上存在的磁场的信息。一种用来模拟极光的特殊装置是“planeterella”，由挪威科学家克里斯蒂安·伯克兰(Kristian Birkeland)在20世纪初首次发明。
一个磁性球体(代表地球)被放置在真空室中，通过向球体发射电子来模拟太阳风。我们在英国的大学里有两个这样的仪器，在诺丁汉特伦特大学，我最近帮助一个学生制作了一个预算版本作为硕士项目。
通过改变磁场强度和物体之间的距离，你可以观察到极光是如何变化的。排放物大部分是紫色的，正如你在含氮72%的大气中所期望的那样。一个强大的发射环出现在顶部，在地球上可以看到极光，这个环在纬度上上下移动，这取决于磁场强度。
作为一种自然现象，极光是一个奇迹。但更好的是，每一次强烈的地磁风暴，我们都会做出改进，帮助防止未来事件的潜在损害。
