中央氣象署太空天氣作業辦公室

如果預期一年會有20-30次磁暴事件，究竟是算多還是算少呢？

來自俄羅斯的外電消息，到底是提醒要注意今年的磁暴特別多，還是只是平均值？

被擠壓的地球磁場

　地球內部的磁場，讓地球被肉眼看不見的磁力線緊緊包覆著，再這個受到地球磁場保護的區域便稱之為磁層。當太陽表面向外吹送的太陽風(Solar wind)或是太陽風暴所伴隨發生的日冕物質拋射(Coronal mass ejection, CME)朝向地球吹襲時，磁層如同一面強大的磁力盾牌抵擋住這些帶電粒子的吹襲，讓太陽風不會直接吹至地球表面，而是沿著磁層朝向地球夜側的磁層尾部流去。磁層與太陽風的邊界稱之為磁層頂，是一個因為太陽風的吹拂與壓迫以及地球磁層對抗而形成的平衡位置。這也讓地球的磁層無法呈現出一個完美的對稱形狀，面對太陽的部分會受到太陽風的擠壓變得較扁，而背離太陽的夜側面會受到太陽風的拖曳而延伸成細長的磁尾。

　但是，當太陽風的風速提高或者是遇上了密度較高的日冕拋射物質，衝擊的力量隨之升高，磁層頂便會被擠壓而更靠近地球，可能讓原來在磁層內的人造衛星，缺乏保護而暴露於太陽風之中，進而受到太陽風帶電粒子傷害甚至毀損。同時也會加速磁層內的帶電粒子，下衝到南北兩極的大氣形成炫麗的極光。

磁暴的強度劃分

　除了在太空環境中的變化外，設立在地表上的地磁量測站，也會因為磁層的變動而讓磁力計的指數出現變化。科學家為了想要量化地球磁場擾動的等級，便以寧靜日為標準，將磁力計所觀測到變化值區分成0,0⁺,1^-,1,1⁺....8,8⁺,9^-,9，總共27個等級。這樣的指標稱之為K指數，優點在於各個觀測站對於地球磁場擾動的反應可能不會一樣，如果直接利用數據可能無法比較，透過K指數較能夠獲得一致性的變化結果。另外，再透過13個位在高緯度的地磁站所計算的K指數，就能夠統整出全球性的Kp指數，也就是太空天氣作業辦公室網站中，監測指數中的高緯度地磁擾動指數。

　當Kp指數大於4時，表示地球磁磁場擾亂的很嚴重，稱之為磁暴(Geomagnetic Storm)。所以圖二中可以看到再2003年10月29日，Kp指數躍升至9，也是太空天氣事件中著名的萬聖節磁暴。不過，當民眾聽到Kp=8或是Kp=9的時候，不知道最大值是多少的人，也許很難反應過來到底磁暴有多強。因此，美國海洋暨大氣總署的太空天氣預報中心進一步制定了地磁擾動指標，以０到５的等級來劃分磁暴的等級。

當Kp小於等於4時，指數為G0(無)、Kp=5時，指數為G1(微弱)、Kp=6時，指數為G2(輕度)、Kp=7時，指數為G3(中度)、Kp=8時，指數為G4(強烈)以及當Kp=9時，指數為G5(劇烈)。

一年磁暴多少次

　既然瞭解磁暴產生的原因以及等級的分法，讓我們來算算看一年到底會有多少次磁暴發生。從2000年開始計算到2017年，用比較簡單的定義來統計，只要一天內Kp超過4，就算發生一次磁暴。發生天數最多的是2003年共有158天，而最少的則為2009年只有4天。前面有提到，地磁擾動的原因主要是因為太陽風或是日冕物質拋射的影響，因此將每一年的磁暴天數和年均太陽黑子數相比，不難磁暴與太陽活動的相關性。不過，大趨勢中還是有一些例外，像是發生次數最多的2003年並不是這個區間中太陽黑子數最多的一年，另外2014年的黑子數雖然較高，但磁暴的次數卻比2013和2015來得少。

　平均而言，在太陽活動的第24個周期(2009-2017)每年約有40次磁暴發生。相對於前一個太陽活動周期，在現在這個周期中，還有出現過G5等級的劇烈磁暴。多數的磁暴都是屬於微弱(G1)磁暴，占了整年度的百分之六十，強烈磁暴更僅僅不到百分之十。另外，從2015年開始，隨著年均太陽黑子逐漸下降，每年發生磁暴的天數也略為減少。所以可以預估2018年磁暴發生次數，若真如新聞中所提到的20-30次，是很符合太陽活動的變化周期跟統計結果。至於會不會有強烈(G4)或是劇烈(G5)磁暴發生呢？如同去年(2017)年9月初的強烈太陽閃焰一般，雖然不是太陽活動極大期但仍然有發生劇烈事件的可能，只好交給太空天氣預報員留意太陽活動的變化，時時掌握太空天氣的變化。

20-35次磁暴屬於正常範圍，發生劇烈磁暴的機會偏低，預估多數的磁暴事件(Kp=6以下)對臺灣地區無顯著影響。