磁暴

磁暴（英语：geomagnetic storm）是太阳风震波或磁云与地球磁场交互作用所引起的地球磁层扰动。太阳风的磁场与地球磁场交互作用，并将增加的能量转移到磁层中，导致通过地球磁层的等离子体增加（由磁层内增加的电场驱动），以及磁层和电离层中的电流增加。在磁暴的主要阶段，磁层中电流产生的磁力推动原本磁层和太阳风之间的边界。
造成磁暴的行星际物质扰动可能源自太阳的日冕物质抛射（CME），或是太阳表面弱磁场区域太阳风生成的共转交互作用区（CIR）。磁暴的频率随着太阳黑子周期变动。在太阳极大期，CME导致的磁暴较为常见。太阳表面耀斑与CME次数增加，辐射出X射线、紫外线、可见光及高能量的质子和电子束。而在太阳极小期，则是以CIR导致的磁暴为主。
几种太空天气现象往往与磁暴有关，包括：太阳质子事件（SPE）；地磁感应电流（GIC）；干扰无线电和雷达的电离层扰动；导航所用的罗盘显示异常。磁暴能波及全球，持续达几小时到几天。磁暴发生时会增强电离层的游离化，也会使极区的极光特别绚丽。引发短波通讯特性失常，情况严重时可能使短波通讯完全中断。磁暴时，另外还会产生噪声掩盖通讯时的正常讯号，甚至使通讯中断，也可能使高压电线产生瞬间超高压，造成电力中断。磁暴也会对航空器造成伤害。1989年3月磁暴引起的大地电流扰乱了魁北克几乎全省的电力配置，并且连美国南方的德克萨斯州都可以见到极光。

历史

在1931年，西德尼·查普曼和文森.C.费拉罗（Vincenzo C. A. Ferraro）写了一篇文章："磁暴的新理论"（A New Theory of Magnetic Storms），试图解释这种现象。它们认为，每当太阳发出耀斑时，它也会释放出等离子云，现在称为日冕物质抛射。他们写到："这些等离子以113天内抵达地球的速度移动"，然而我们现在知道这段旅程只需要1到5天。他们还写到："然后云压缩地球磁场，使得地球表面的磁场增强。"

历史事件

第一次对磁暴影响的科学观测发生在19世纪初：从1806年5月到1807年6月，亚历山大·冯·洪保德在柏林使用轴承的磁罗盘观察地磁。他注意到，在1806年12月21日一次明亮的极光活动中，它的指针变得不稳定。
1859年9月1日至2日，发生了有纪录以来最大的磁暴。从1859年8月28日至9月2日，在太阳上观察到许多太阳黑子和太阳耀斑，9月1日出现了最大的耀斑。这被称为1859年太阳风暴或卡林顿事件。可以假定：从太阳发射出一次巨大的日冕物质抛射（CME），并在18小时内抵达地球；通常这样的旅程需要3到4天。柯拉巴天文台纪录到地磁水平场减少了1,600nT，估计Dst将近-1,760nT。在美国和欧洲的的电报线都经历了感应电压（电动势）的增加，在有些情况下甚至冲击到电报的营运，甚至引发火灾。通常只能在极区看见的极光，连远在夏威夷、墨西哥、古巴和意大利的南部都看见了极光的事件。冰芯显示，类似强度的事件平均每500年就会发生一次。
自1859以来，发生了多次没那么严重的磁暴，特别是1882年11月17日磁暴、1921年5月磁暴；这两次都中断了电报服务和引发火灾。据报导，1960年还引发无线电大范围的中断。
1972年8月初的1972年8月磁暴，一系列的太阳耀斑和风暴达到高峰，估计强度为X20，爆发了有史以来最快的日冕质量抛射过境，并发了严重的磁暴和太阳质子事件，扰乱了地面电力和通信网络，以及人造卫星（至少有一颗永久失效）；无意间还引爆了一些美国海军在北海的磁性水雷。
1989年3月磁暴导致魁北克水电公司的电网因为串联以保护设备的继电器松脱，而在几秒钟内崩溃。600万人停电9小时，无电可用。远在南部的德克萨斯州都能看见磁暴引发的极光。造成这一连串结果的是1989年3月9日来自太阳的日冕物质抛射事件，最低的Dst值是−589 nT。
2000年7月14日，一个X5 级的耀斑爆发（称为巴士底日事件），并且抛射出的日冕物质直接朝向而来，直接引发7月15-17日的地球超级磁暴；地磁扰动指数（Dst）的最小值是-301nT。尽管风暴的强度很大，但没有任何的配电系统故障的报告。航海家1号和航海家2号也观测到巴士底日事件。因此，它是在太阳系最远处观测到的太阳风暴。
在2003年10月19日到11月5日之间，太阳上有17个重大的耀斑爆发，其中一个可能是静止环境观测卫星GOES（Geostationary Operational Environment Satellite）的XRS感测器测量到最强烈的耀斑－X28级，非常巨大的等级，导致11月4日极端的无线电断讯。这些耀斑与10月29日至11月2日间的三次磁暴和CME有关。在这段时间，上一个风暴还未结束，下一个就接踵而至，三次风暴几乎连成一气；每个磁暴的Dst最小值分别是-151、-353、和-383nT。这一序列的另一场磁暴发生在11月4日至5日，Dst的最低值是-69nT。最后的这场磁暴比之前的微弱，是因为太阳的活动区已经越过中央子午线，在耀斑事件中产生的日冕物质抛射主要部分仅从地球的侧面溜过去。这整个序列被称为2003年万圣节磁暴。由美国联邦航空总署（FAA）操作的广域增强系统（WAAS），由于受到磁暴的影响，离线了30个小时。日本的ADEOS-2卫星受损严重，其它的许多卫星则因为磁暴而中断运作。

与行星交互作用的过程

太阳风也携带着太阳的磁场，这些磁场也有着南北的方向。如果太阳风有能量爆发，磁层会随之扩大和收缩，或者如果太阳风携带的磁场是南向偏极化的，磁暴就可预期。南向磁场造成日测磁顶的磁重联，迅速向地球磁层注入磁性和高能粒子。
在磁暴中，电离层的F2层变得不稳定，会碎裂甚至可能会消失。在地球的南极和北极地区，可以观测到极光。