邂逅星空“烈焰” 探求太阳之谜

liukang20242周前 (05-22)观众吃瓜818

2024年5月，一部有关阿勒泰的电视剧登顶全网收视榜，剧中阿勒泰的美浑然天成，镜头之下，山川、森林、天空、原野，无不独具性灵。作为新疆美景的其间一张“明信片”，阿勒泰的星空也独具魅力，连续演出的“极光”盛宴美不胜收。

这是在新疆阿勒泰地区富蕴县拍摄到的极光（图片来历：新华社戴建峰摄）

戴建峰拍摄于新疆阿勒泰（图片来历：新华社）

美丽的星空“烈焰”——极光

极光是地面上能用肉眼看到的、由太阳风等离子体与地球磁层相互作用发生的一种自然现象。

极光的呈现与太阳耀斑有必定联系，耀斑是太阳大气部分区域忽然增亮的活动现象，太阳自身是一个巨大的“磁球”，耀斑往往呈现在磁场结构杂乱的活动区，在耀斑活动区，跟着活动区磁能的不断堆集，磁力线会发生“歪曲”，这些歪曲的磁力线像拧紧的橡皮筋相同，一旦歪曲的磁力线因为重联发生切断将会在短时刻内开释出很多的能量。此刻在日冕大气的等离子体会被敏捷加热和加快，随同有各种波段的增强的电磁辐射和粒子发射，这种激烈的迸发现象，即耀斑。

耀斑迸发进程中常伴有很多的日冕的等离子体被抛入日地空间，称为“日冕物质抛射”。太阳不断地从它的外表向周围的空间喷发物质，在太阳活动周期的高峰期，每天或许会发生2-3次日冕物质抛射(CME)，这些等离子体物质以每秒几百至上千公里的速度运转，面向地球的等离子体将会引发地球磁场巨细和方向的扰动，然后发生“地磁暴”以及其他极点空间气候事情，极光是地磁暴可视化的体现。

磁暴期间，等离子体与磁层相互作用后注入极区的粒子会大幅度添加，注入地球磁场的纬度规模也会扩展，使得处于地球中高纬度的新疆等地可以看见极光。

太阳耀斑（图片来历：veer图库）

我国科学院新疆地理台是西北地区仅有的综合性地理台，因极光广泛收到社会重视，近期新疆地理台太阳团组成员也秉持着科学家的职责，十分乐意与群众共享相关的科普知识。其实，太阳活动是具有大约11年的周期。太阳活动最活泼的时期称为“极大期”，最不活泼的时期称为“极小期”。在极大期，太阳黑子的数量添加，耀斑的发生频率也会添加，相反，在极小期，黑子数量和耀斑发生频率都会削减。

2013-2014年是太阳活动的极大期，估计太阳活动将在2024-2025年迎来第25个极大期，2024年正处极大期的上升阶段，太阳耀斑迸发十分频频，下图是2024年5月发生的几十个极点耀斑事情，引发了地磁暴，并在新疆、北京等地构成了绚丽多彩的极光。耀斑迸发的能级从小到大分红A、B、C、M、X五个等级，等级顺次增强。

大部分太阳耀斑的寿数仅在几分钟到几十分钟之间，并在短时刻内会随同很多能量开释，如XX1级耀斑瞬间开释的能量相当于地球上相同接纳面积1000多年时刻接纳到的能量总和。

本年5月部分时刻太阳耀斑迸发能量观测成果（图片来历：空间环境预告）

知己知彼未雨绸缪

地磁暴会在全球各地引发通讯妨碍、停电和卫星失效等问题，其间最著名的要数卡林顿事情。1859年9月1日早晨，英国地理爱好者卡林顿在观测太阳黑子时，发现太阳北侧的一个大黑子群内忽然呈现了两道极端亮堂的白光，在一大群黑子邻近正在构成一对亮堂的月牙形东西。后经承认，卡林顿看到的这一现象是太阳耀斑迸发的进程，这一事情被称为卡林顿事情。

在耀斑迸发十七个半小时今后，地磁仪的指针因超强的地磁强度而跳出了刻度规模，简直同一时刻，各地电报局电报机的操作员陈述说他们的机器在闪火花，乃至电线也被熔化了，且在这天夜里，天空中五颜六色的北极光一向向南充满至古巴和夏威夷等地。

北极光（图片来历：veer图库）

卡林顿事情是一次超强太阳活动迸发事情。相似的超强事情在历史上曾呈现过屡次，例如1989年3月的那次太阳风暴从前构成加拿大魁北克省整个配电网毛病，而2003年10月30日特大的太阳风暴曾使两颗卫星失灵，构成全世界通讯和电网中止。

基于此，科学家们以为太阳活动迸发的研讨一方面是太阳物理基础研讨的核心问题，是研讨其他恒星和等离子体物理的天然实验室，为未来探求日冕加热问题等供给协助；另一方面是可以预告太阳活动，为灾害性空间气候供给有用的提早预警。

太阳外表与太阳耀斑概念图（图片来历：veer图库）

太阳研讨咱们有话要说

自20世纪80年代，我国科学院新疆地理台便在南山观测站建成了太阳色球、光球双筒望远镜和太阳射电望远镜等设备，首要展开太阳耀斑迸发的物理机制研讨并供给太阳活动的预告。

南山观测站前景图（图片来历：我国科学院新疆地理台）

经多年展开，新疆地理台太阳物理研讨团组于2018年正式建立，团组建立后聚集新疆地理台科研中心工作，以抢占科技制高点为方针，取得了一系列研讨成果：

一是在太阳活动迸发磁能开释进程中研讨了耀斑环和日冕磁环的动力学演化(Shen ApJ,2014)，初次提醒了耀斑前期磁流绳构成的进程(Shen,ApJ,2017），初次报导了耀斑前期磁流绳电流的注入驱动了耀斑的迸发(Shen,RAA,2022,2023)，运用高分辨率的观测，报导显现活动区米粒显现进程的偶极场别离运动和拱形暗条系的构成，提醒了小标准磁流显现的来历(Shen,ApJ,2022)，在日冕加热问题的研讨中直接观测到太阳光球磁声波振动导致的日冕加热(Hashim，RAA,2021，ApJ 2024)。

二是在太阳射电迸发及辐射机制研讨方面，提出了射电V型和运动IV型迸发或许的辐射模型(Tang,ApJ,2016,2020)，太阳射电精细结构的研讨(Tang,RAA,2021,Wan A&A,2021)。

三是在激波粒子加快方面，模仿研讨双激波追逐效应，模仿研讨CME激波与地球弓激波“迎面”磕碰，发现了兼并的粒子能谱呈现“折断”特征(Wang,ApJ,2017)，发现了粒子注入率与加快功率成正相关联系(Wang,ApJ,2019)。

磁流绳构成的依据（图片来历：作者供给 Shen et al, ApJ,2017）

耀斑先兆非热电子加快的依据（图片来历Shen et al, RAA,2022）

作为“十四五”要点培养方向，新疆地理台太阳物理“太阳活动迸发与空间气候研讨”经过提醒不同标准太阳活动迸发的动力学演化、耀斑磁能堆集和开释、日冕加热等做出系列研讨工作。咱们的研讨成果一方面可以处理太阳物理基础研讨的核心问题，另一方面可以精确预告太阳活动的迸发，为灾害性空间气候供给牢靠的预警信息。

日冕加热通道的研讨依据（图片来历：Haxim et al. ApJ, 2024作者供给）

虽比高飞雁，犹未及青云。新疆地理台太阳物理研讨团组处在黄金时代，在不久的将来，一是要争夺在低频段建造超高时刻和频谱分辨率的射电望远镜，或对现有观测设备进行必要的晋级改造，以满意更高水平的太阳观测；二是争夺更多的小型太阳望远镜可以执行落地，支撑我国太阳物理实测研讨的快速展开；三是使用国际国内大口径望远镜，对不同标准太阳迸发活动的物理机制展开研讨，为空间气候预告做到及时预警。

未来的路需求交给时刻去验证，新疆地理台太阳物理团组成员将紧抓当下、布局未来，用无悔的芳华铺就通往夸姣明日的科学之路。

出品：科普我国

作者：云朝昂、沈金花（我国科学院新疆地理台）

监制：我国科普饱览

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