熟悉航天和地理的朋友都知道大西洋有一个巨大的磁异常区域,一直以来它就在那里,航天器路过都会受到影响!不过最近数十年来,南大西洋东部又出现了一个新的极小值区域,而且每年正在以20千米的速度扩大,非洲南部已经有部分地区陷落!
南大西洋磁异常区域
地球上磁场最弱的一片区域,覆盖范围在南美洲南部到南大西洋海域,1958年柯策(Pieter Kotze)发现这个异常区域,科学家研究后发现,这里的异常现象在很久以前就存在了,此前尽管磁场强度异常且偏低,但一直以来不太变化!
从1590年以来都非常平稳,但在1750年之后地磁强度逐年下降,从1850~1860年开始,全球磁场强度也开始下降,科学家认为是“磁异常区域内磁场下降,带动了全球磁场进一步下降”!
对航天器的影响
磁场变化对航天器影响挺大,地球磁气圈中有一个范艾伦辐射带。1958年1月31日,美国第一颗人造卫星“探险者一号”升空,其携带的改革计数器突然下降到0,1958年3月26日探险者三号升空时,又发生了同样的状况,当时科学家非常不解!
物理学家詹姆斯·范·艾伦认为这是地球磁场作用下形成了一个带电粒子捕获区,它是地球磁场俘获太阳风中的带电粒子所形成的,后来将此区域命名为范艾伦辐射带!这个辐射带分为内外两层,外带捕获的电子比较多,内辐射带则高能质子更多一些。
尽管范艾伦辐射带保护了地表免受大量高能粒子的轰击,但对于航天器影响可就大了,辐射带的内带在2000~5000千米高度,外带在60000~100000千米,对航天器影响最大的是内带,敏感的星载电子元件会被其轰击产生误动作,重启甚至失灵!
2011年11月俄罗斯“福布斯·土壤”火星探测器载着中国的“萤火一号”在近地轨道上变轨到地火转移轨道时,因为芯片抗辐射设计不足,点火时重启,导致变轨失败,此后数次都出现故障,最终在次年1月15日坠入太平洋!
因此人造卫星轨道设计时都会避免运行在范艾伦辐射带内,如果要穿越范艾伦辐射带的航天器都要加固设计,当然载人航天器要避免在此轨道内运行,当然另一个原因是为了补给方便运行在低轨道(国际空间站高度:400千米左右,基本为圆形的轨道)。
磁异常区域的范艾伦辐射带偏低
上文说明了范艾伦辐射带在正常情况下大约是2000~5000米,但在日冕物质抛射时(太阳异常活跃期间),其高度边界可能会被压缩至南大西洋上方200千米,缩减为原来的1/10!这是一个可怕的数据,届时大量的卫星和国际空间站都将暴露在太阳高能辐射之下,眼冒金星可能就会真的发生!
南大西洋异常区:不止磁场减弱,范围更逐渐扩大
德国地球科学研究中心的尤尔根·马茨卡称在过去的十年中,南大西洋异常东部出现了新的磁场极小值,每年以20千米速度急速扩张,并且还有加速趋势,据此估计到2240年,整个南半球将会处在磁异常区域的扩张之下!
ESA的数据表明,磁异常区域内的磁场在1970年至2020年之间,最低强度从24,000纳米特斯拉下降至22,000,未来南半球恐将半暴露在太阳高能粒子的威胁之下,特别是太阳活动的高峰期,范艾伦辐射带可能压缩至更低,不过有另一个副产品将会产生:
2200年后南半球极光更常见
极光是带电粒子轰击大气层的氮原子和氧原子,激发到高能态后的辐射,氮原子激发后发射红色或者紫色极光,氧原子被电子激发发出绿色或者褐红色光。但这种美丽的极光伴随的可能是高辐射环境,动植物可能死亡率可能会大幅增加!
NASA(美国宇航局)和ESA(欧洲航天局)正密切监视
NASA正利用ESA的Swarm卫星取得的数据,正在密切监视南大西洋的此异常区域变化状况,Swarm(蜂群)卫星是2013年11月22日发射,运行在500千米高度,主要检测对象是太阳风中带电粒子与地球磁场!
该“蜂群”卫星由三个组成部分,两颗卫星在460km高度轨道进行编队飞行,以测量地球磁场的东-西梯度,而第三颗卫星部署在高度为530km的轨道,星载设备包括矢量场磁强计,绝对标量磁强计、电场装置、加速度计、GPS接收机、星敏感器和激光反射器等!
但除了检测和预警,我们什么都做不了,现在能知道的是磁异常可能将分裂成两个区域,但未来仍将继续扩大,地球内核肯定发生了什么事件,但对于人类来说,地球内部仍然隐藏了太多的秘密!