太阳超级风暴让地球“防护罩”被压缩到历史最低

名古屋大学地球与行星环境研究所的新堀篤樹博士领衔的研究团队，在这场风暴期间进行了直接观测，首次详细揭示了此类事件如何挤压地球的等离子体层（地球周围一个由带电粒子构成的保护性区域）。这项发表在《地球、行星与空间》期刊上的研究成果，展示了等离子体层和电离层在强烈太阳扰动期间的响应情况，并为改进卫星故障、GPS问题及极端空间天气引发的通信中断预测提供了见解。

「あらせ」卫星捕捉罕见等离子体层坍缩
日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）于2016年发射的「あらせ」卫星，穿行于地球等离子体层中，测量等离子体波和磁场。在2024年5月的超级风暴期间，该卫星恰好处于理想位置，记录下了等离子体层的剧烈压缩及其后的漫长缓慢恢复过程。这是科学家首次获得连续、直接的数据，显示超级风暴期间等离子体层收缩至如此低的高度。

新堀博士解释道：“我们利用「あらせ」卫星追踪等离子体层的变化，并通过地面GPS接收器监测电离层——即填充等离子体层的带电粒子来源。对这两层的监测让我们了解到等离子体层收缩的剧烈程度以及恢复耗时良久的原因。”

超级风暴将等离子体层推向创纪录的低高度
等离子体层与地球磁场共同作用，有助于阻挡来自太阳和深空的有害带电粒子，为卫星和其他技术设备提供自然保护。正常情况下，这一区域远离地球，但5月的这场风暴使其外缘从地表上方约44,000公里向内收缩至仅9,600公里。

这场风暴是在太阳发生几次大爆发后形成的，这些爆发向地球释放了数十亿吨带电粒子。在短短9小时内，等离子体层就被压缩到通常大小的约五分之一。其恢复异常缓慢，需要四天多时间才能重新填充，这是自「あらせ」卫星2017年开始监测该区域以来记录到的最长恢复时间。

新堀博士指出：“我们发现，风暴首先在极地附近造成强烈加热，但随后这导致整个电离层的带电粒子大幅减少，从而减缓了恢复速度。这种长期干扰会影响GPS精度，干扰卫星运行，并使空间天气预报变得复杂。”

超级风暴将极光推向更靠近赤道的区域
在风暴高峰期，太阳活动强烈压缩地球磁场，使得带电粒子能够沿着磁场线向赤道方向传播得更远。结果，在很少出现极光的地方出现了绚丽的极光。

极光通常出现在极地附近，因为地球磁场将太阳粒子引导至那里的大气层。这场风暴的强度足以将极光带推到远离其通常所在的北极圈和南极圈附近，在日本、墨西哥和南欧等中纬度地区产生了极光——这些地区很少能看到极光。更强的地磁风暴会让极光到达更靠近赤道的区域。

负风暴减缓等离子体层恢复正常
超级风暴抵达后约一小时，带电粒子在高纬度地区涌入地球高层大气，并流向极地。随着风暴减弱，等离子体层开始由电离层提供的粒子重新填充。

这个重新填充过程通常只需一两天，但在此次事件中，由于一种被称为“负风暴”的现象，恢复时间延长至四天。在负风暴中，强烈的加热改变了大气化学性质，导致大片区域的电离层粒子水平急剧下降。这减少了有助于产生恢复等离子体层所需氢粒子的氧离子。负风暴是不可见的，只能通过卫星探测到。

新堀博士表示：“负风暴通过改变大气化学性质并切断等离子体层的粒子供应，减缓了恢复速度。这种负风暴与恢复延迟之间的联系此前从未被清晰观测到。”

这些发现对空间天气和技术的重要性
这些研究结果使人们更清楚地了解严重太阳风暴期间等离子体层的变化以及能量如何在这一空间区域流动。在此次事件中，多颗卫星出现电气故障或停止传输数据，GPS信号精度下降，无线电通信受到干扰。了解地球等离子体层从此类扰动中恢复所需的时间，对于预测未来的空间天气以及保护依赖近地空间稳定条件的技术至关重要。