【美图预警！】最近太阳好像有些“不太平”

安喜的空间 2022-05-09 发布于上海

展开全文

北京时间2022年5月3日晚22时许，太阳表面发生剧烈活动，爆发了一个X1.1级耀斑。这已经是过去一个月里第三次“X级”的耀斑爆发了。

5月3日-5月5日期间太阳耀斑活动水平（来源：NOAA）

科普时间到！

太阳黑子（sunspot）是大家比较熟悉的太阳活动现象。太阳黑子是位于太阳最底层大气——光球层中的暗黑斑点。虽然看上去黑，其实温度也有4000多度。只不过，它的温度比周围区域低了1000多度，因而看上去相对比较暗。其实单独拿出来看依然是贼亮贼亮的！

太阳黑子是重要、也是最直观的太阳活动现象之一。太阳黑子数量的多少能客观地反映出太阳活动的剧烈程度。

黑子相对较暗淡是因为其磁场非常强。随着黑子增多，太阳大气中的磁场不断累积，磁场的能量也不断增加。在条件合适的时候，磁场结构变得不稳定，巨大的磁能被释放出来，形成太阳上两类最剧烈的爆发现象：耀斑和日冕物质抛射。耀斑（flare）是指太阳大气局部区域突然变亮的活动现象，常伴随有增强的电磁辐射和粒子抛射。日冕物质抛射（Coronal Mass Ejection，简称为CME），又称日冕瞬变，是指太阳最外层大气日冕的局部区域内发生物质大规模快速抛射的现象。

太阳活动存在周期性，其中最显著的是11年周期。最早是由科学家塞瑟尔·海因里希·施瓦布在19世纪中叶发现，后来苏黎世联邦理工学院天文台台长鲁道夫·沃尔夫又进行了总结整理，并提出了“太阳黑子相对数”的概念。他将1755年至1766年标记为第1个太阳活动周。

从2019年起，第25个太阳活动周已经开启了，天文学家普遍推测2025年将达到峰值。从目前的实际观测来看，从2022年起，太阳黑子数量确实呈现明显的上升趋势。甚至，进入2022年以来，太阳的“脸”没有一天是干净的——每天至少有一个黑子！更令人惊讶的是，从去年底开始，观测到的太阳黑子数量明显高于太阳物理学家们的预期！

太阳黑子相对数的实测值与预期值对照（来源：NOAA）

最近一个月来，太阳表面好不热闹，出现多个大黑子、多个活动区，并产生多次耀斑爆发。3月29日，太阳活动区AR 2975产生多个M级耀斑，并于3月30日产生一个X1.3级耀斑。太阳活动区AR 2994在4月17日产生一个X1.1级耀斑，AR 2992在4月20日产生了一个X2.2级耀斑。

上海天文馆太阳望远镜（EAST）拍摄的耀斑爆发过程（C7.4级 / 2021-08-29）

M级、X级到底是什么意思呢？地球电离层对太阳软X射线辐射强度变化反应敏感，所以国际上也广泛采用软X射线辐射强度对太阳耀斑进行定级，根据耀斑在1到8埃波段所释放的能量从小到大分为A、B、C、M和X级。每一等级又可以细分为1.0~9.9级，这与我们熟悉的里氏地震强度的标记相似。需要注意的是，相邻两个等级的能量差异不是线性的关系。X1.0级比M1.0级强10倍，比C1.0级强100倍。

但是，光看X射线通量恐怕还不够，有时候小级别的耀斑爆发却能引发较大的空间天气灾害。3月28日，太阳活动区AR2975异常活跃，释放了11个C级耀斑和6个M级耀斑，产生了两个全晕状日冕物质抛射，它们离开太阳表面的速度高达~1200公里每秒和~1700公里每秒，到达地球时引起强烈的地磁暴。

日冕物质抛射伴随着大量高能带电粒子，主要是质子，因而也被称为“太阳质子事件”。

4月5-6日，受到日冕物质抛射的影响，地球同步轨道上2MeV以上高能电子通量达到了小高能电子暴的水平。电子与质子相反，带负电，质量则更小。然而高能电子暴也会如海啸一般，导致地球外辐射带中的高能电子出现暴涨。带电粒子虽然很轻很微小，但会如子弹一般撞向航天器，甚至穿透卫星的屏蔽层，引起内部充电或放电，导致短路，甚至产生严重故障。