2024 年 5 月的強烈地磁風暴給人類的經驗與啟示

2024 年 5 月 10 日，一場近二十年來首次達 G5 等級的強烈地磁風暴襲擊地球，此時恰逢美國太空總署與多個美國政府機構進行太空天氣的防災模擬演習期間，這場被命名為「甘農」（Gannon）的強烈地磁風暴，讓原本防災演習轉立刻轉變為實戰。

▲ 美國太空總署的太陽動力觀測衛星於2024年5月7日在極紫外線波段拍攝了這張太陽影像。在畫面中央，引發甘農風暴的太陽活躍區面積約為地球大小的17倍。在2024年5月初，此活躍區發生了強烈的太陽閃焰，還包括幾次的日冕物質拋射，它們合併形成超級太陽風暴，於5月10日抵達地球。在風暴來臨之前，美國國家海洋暨大氣總署（NOAA）發布了近二十年來首次的嚴重地磁風暴預警。（Soruce：NASA，下同）

甘農風暴對地面與太空環境皆造成顯著衝擊。美國中西部地區一些依賴GPS導引的大型農業機具運作時偏離原來行走的方向，造成的農損平均達17,000美元。飛行中的客機為躲避輻射暴增與通訊中斷的風險臨時調整航線。同時大氣層中的熱氣層溫度急升至約攝氏1,150度，大氣因而膨脹導致衛星繞地球運行的阻力增加。美國太空總署的ICESat-2衛星因阻力增加、高度下降而進入安全模式，CIRBE衛星則提前約五個月進入大氣層。歐洲太空總署的Sentinel任務也需耗費更多燃料來維持軌道的高度。

此地磁風暴也明顯改變了電離層結構，原本夜間集中於赤道的高密度帶電粒子區域向南偏移至南極附近，導致赤道上空的電離層出現空隙。磁層則受到劇烈擾動，美國太空總署的阿提米絲登月計畫觀測到巨大螺旋形粒子波動與扭曲的磁場結構，沿著日冕物質拋射的邊緣進入地球磁層，產生近二十年來最強的磁層感應電流。來自太陽的高能粒子，也在范艾倫輻射帶之間形成兩條短暫的高能輻射帶，CIRBE衛星首度捕捉到此現象，並研判將對太空人與衛星構成潛在風險。

▲甘農風暴形成了兩條新增的輻射帶，夾在范艾倫帶之間。其中一條以紫色顯示，其中包含大量質子，獨特的成分組成連天文學家也從未見過。新輻射帶的發現對於如何保護發射到同步軌道的太空船尤其重要，因為它們在到達最終軌道之前，需要多次穿越這些輻射帶。

甘農風暴也引發全球規模的極光，包括出現在日本，罕見的粉紅色極光。美國的極光追逐者計畫收集到超過6,000筆來自55國的觀測回報。研究指出這些極光出現在約950公里的高空，由於氮與氧分子因大氣膨脹升高至高層大氣，產生紅色、藍色混合的粉紅色極光。

這場地磁風暴影響不僅限於地球。當日冕物質拋射於5月14日至20日之間通過火星時，美國太空總署的MAVEN任務觀測到極光籠罩整個火星。2001年抵達火星的奧德賽號探測器，其上的恆星導航相機因高強度輻射影響暫時失效，至於好奇號火星探測車上的輻射感測器記錄到自2012年著陸以來最強的輻射，相當於30次胸部X光的劑量。

甘農風暴不僅為地磁風暴研究提供了極為豐富的觀測數據，更顯示出太空天氣事件對地球及其他行星的跨域影響，讓我們能更進一步瞭解太陽與行星際空間的太空天氣變化機制，成為未來此類研究的重要基石。這次事件或可警示我們，必需持續研究精進太空氣象的預報與應對災害的能力。