編者注（4/24/23）：在4月23日太陽風暴在科羅拉多州和澳大利亞新南威爾士州等遠離地球兩極的地方引發極光後，本文重新發布。
過去一週，美國各地的夜空都閃耀著綠色和品紅色的光芒。遠至北卡羅來納州阿什維爾和亞利桑那州鳳凰城的人們都意外地有幸目睹了北極光。
“我的 Twitter 資訊流被淹沒了。每飛秒，都會出現一張新照片，”美國國家大氣研究中心太陽物理學家和副主任斯科特·麥金託什說。“這非常特別。”
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這場 необычная 光 шоу 背後的驅動力是一場嚴重地磁暴，讓太空天氣預報員措手不及。根據五級量表，其評級為4級，美國宇航局戈達德太空飛行中心的空間物理學家伊麗莎白·麥克唐納說，這是“多年來最大的一次風暴”。2017年，最近一次類似強度的風暴使極光遠至阿肯色州南部。
麥金託什說：“我認為上週發生的事件的規模有點令人驚訝——這在很大程度上說明了我們對實際情況的理解。”
當來自太陽的帶電粒子與地球磁場相互作用時，天空中就會出現極光。這個磁場像一個保護泡泡一樣包裹著我們的星球，偏轉了通常從太陽表面流出的慢速粒子。但是，太陽表面的噴發、耀斑和“空洞”都會釋放出快速移動的粒子，這些粒子會衝擊我們的磁遮蔽。伊利諾伊州惠頓學院研究極光的等離子體物理學家吉姆·施羅德說，當這種情況發生時，電子可以沿著磁場直接衝向地球磁極。
施羅德解釋說，這些帶電粒子隨後“像彈球一樣彈跳，越來越深入大氣層”。在大氣層內部，它們與氮原子和氧原子碰撞並激發它們。當這些受激原子最終恢復到正常的基態時，碰撞產生的多餘能量會以鮮豔的光的形式射出。光的顏色範圍從鮮豔的綠色到深品紅色，具體取決於所涉及的元素和初始碰撞的速度。
2023年3月23日，從弗吉尼亞州看到的北極光照片。圖片來源：Peter Forister Photography
通常，極光發生在環繞北極和南極的“極光卵”內。但在強烈風暴期間，這些粒子可以傳播得更遠離兩極，從而擴大極光卵以覆蓋全球更多地區。2003年萬聖節，幽靈般的光芒遠至佛羅里達州南部。1859年9月，在有記錄以來最大的地磁暴期間，極光照亮了加勒比海地區。
過去一週，正如北極光向南延伸一樣，南極光也向北延伸得更遠。在南半球緯度與北半球北加利福尼亞州相當的塔斯馬尼亞州，人們也發現了極光。
麥克唐納解釋說，在遠離兩極的地方，極光可能看起來更偏品紅色而不是綠色。這可能是因為極光如果出現在大氣層較高處則傾向於呈紅色，如果靠近地面則呈綠色。美國南部各州（如亞利桑那州）的人們會透過向北看來觀看極光，由於地球的曲率，低空綠色會隱藏在地平線之後。這將只留下一種怪異的品紅色霧霾。
麥克唐納強烈鼓勵任何目睹極光的人向Aurorasaurus報告觀測結果，這是一個她幫助運營的公民科學專案。其目標是利用從公眾收集的觀測結果，更好地預測這種難以捉摸的現象何時何地會出現。
科學家們仔細追蹤極光和地磁暴——不僅僅是為了極光追逐者的利益。強烈的風暴可能會在地面上造成嚴重問題，例如干擾電網和管道。“我們有一些衛星在監測太陽。但它們並不總是能看到所有向我們襲來的東西，”麥克唐納說。通常，官員可以在幾天前得知風暴即將到來。“在這種情況下，情況甚至沒有那麼好。預報更加棘手，”她說。
對於這些“隱秘”的太陽事件，“會出現一種看起來微不足道的噴發，然後，突然之間，砰！”麥金託什說。他的團隊正在開發一種基於所謂多普勒望遠鏡的技術，該技術可以檢測到帶電粒子何時朝地球方向移動。未來，這可以使科學家們更早地收到關於隱秘風暴的預警。
2023年3月23日，俄克拉荷馬州的極光夜景。圖片來源：Paul M Smith Photography
國家海洋和大氣管理局空間天氣預報中心專案協調員比爾·默塔夫說，這場風暴的主要原因是太陽表面的一次“相當壯觀”的噴發，稱為日冕物質拋射。這些噴發會噴出巨大的等離子體環。美國宇航局太陽動力學天文臺任務的天體物理學家 W·迪恩·佩斯內爾說，最近的日冕物質拋射的影響也可能被上週觀察到的另一種太陽現象——日冕洞所放大。這些空洞將高速太陽風束射到太空中。
默塔夫說，當來自這些事件的所有帶電粒子與地球磁場碰撞時，它們產生了“比我們預期的更大的影響”。這是粒子磁場和地球磁場的“完美耦合”——不幸的是，他說，這種偶然的耦合是“無法預測的”。
一年中的時間可能也起了一定作用。佩斯內爾說，在春季和秋季晝夜平分點前後，地球磁場的傾斜特別容易與來自太陽的這些帶電粒子耦合。最近的這場風暴發生在春分點後僅三天。
美國宇航局戈達德太空飛行中心的太陽物理學家鮑勃·萊蒙說：“這確實是所有因素在正確的時間匯聚在一起。”
目前，太陽是一個活動的熱點——而且隨著它接近其 11 年週期的頂峰，它只會變得更加動盪。那個被稱為太陽活動極大期的點，可能會在 2025 年出現，屆時太陽磁場將發生翻轉。最強烈的活動將在這個週期的頂峰期間和之後發生。萊蒙說：“無論上週的情況多麼令人印象深刻，我們仍然在走向太陽活動極大期的路上。”