2024 年 5 月 10 日至 11 日期間，巨大的帶電太陽粒子雲撞擊地球磁層，引發了數十年來最強烈的地磁風暴之一。這場被稱為「甘農風暴（Gannon storm）」或「母親節風暴（Mother’s Day storm）」的事件，使衡量地磁擾動的 SYM-H 指數達到負 518 奈特斯拉（nanotesla）的最低點，成為自 1981 年以來記錄到的第二大擾動。名古屋大學（Nagoya University）太空地球環境研究所（ISEE）特任副教授、論文主要作者北村成壽（Naritoshi Kitamura）指出，此類極端地磁風暴不僅會帶來絢麗的極光，更對太空船構成輻射風險、干擾 GPS 信號與通訊，並造成電力中斷。
日本衛星捕捉到的環電流異常組成
地磁擾動的主要來源之一是地球的環電流（ring current），這是一個由高能帶電粒子（主要是氧離子和氫離子）組成的巨大帶狀結構，在赤道上方數千公里的高空緩慢環繞地球。當這些離子移動時，會產生電氣電流並形成自身的磁場，進而削弱地面測得的地球自然磁場。為了深入了解風暴細節，科學家藉由日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）營運的「嵐號（Arase）」衛星進行觀測。嵐號衛星剛好在風暴開始後不久以及接近巔峰時穿過環電流區域，其科學儀器能夠測量個別離子的質量與能量。
根據北村成壽的說法，這是人類首次在如此規模的風暴中同時觀測環電流離子與太陽風，數據顯示大約 85% 的離子是來自地球自身電離層的氧氣。這個來自地球大氣層的壓倒性貢獻令科學家感到意外，因為該風暴是由來自太陽的高密度物質流所觸發，但太陽風在測得的粒子族群中僅扮演了相對次要的角色。此外，嵐號衛星還偵測到在距離地球約 16,000 公里處，磁場強度出現了 40% 的急劇下降，這個位置比以往記錄到類似大規模下降的區域更靠近地球。
重新思考太空天氣預報的未來
這項發表於《科學進展》（Science Advances）期刊的發現，對未來的太空天氣預報具有重要意涵。目前的預報模型主要依賴太陽風的條件來估算即將到來的地磁風暴強度，但新的測量結果表明，地球自身高層大氣內部的條件同樣會影響風暴的最終強度。理解有多少大氣離子逃逸到磁層並對環電流做出貢獻，對於建立更可靠的預測機制至關重要。研究人員目前正支持一項名為 FACTORS 的擬議衛星任務，該任務預計由兩顆衛星組成，旨在調查地球大氣離子流入磁層的過程，期盼藉此改善危險太空天氣的預報準確度。
從產業面來看，這項研究顛覆了過去數十年來太空天氣預報的思考邏輯。過去我們總把目光投向數億公里外的太陽，卻忽略了地球大氣層其實也是形塑磁暴威脅的「關鍵共犯」。換句話說，未來的衛星通訊防護與電網安全預警，不能只盯著太陽黑子活動，還得把地球自身的「大氣漏氣」現象納入計算模型中。對太空產業與高科技基礎設施而言，這意味著風險評估的維度必須全面升級。
面對日益頻繁且劇烈的太空天氣挑戰，從衛星營運商到地面電力基礎設施管理者，都必須持續關注太空氣象預報技術的演進。建議相關從業人員與科技研發單位，應密切追蹤後續的衛星探測任務進展，並適時檢視現有系統的抗磁暴韌性，以降低極端太空天氣可能帶來的營運風險。
本文改寫整理自公開新聞來源，原始報導由Science Daily發布。
常見問題 FAQ
什麼是地磁風暴？
地磁風暴是由太陽表面爆發現象釋放的大量帶電粒子雲撞擊地球磁層所引起的地球磁場劇烈擾動，可能干擾通訊、衛星及電力系統。
為什麼 2024 年 5 月的風暴如此特別？
因為科學家藉由日本嵐號衛星首次直接測量到，此次風暴環電流中高達 85% 的離子來自地球大氣層，而非先前認定的太陽風，且造成磁場強度在極靠近地球處下降 40%。
這項發現對未來有什麼實際影響？
這項發現有助於改進未來的太空天氣預報模型，讓科學家能更準確預測地磁風暴的強度，進而保護衛星、導航系統、通訊網路與電力基礎設施。
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