太陽耀斑 -簡介

太陽耀斑(Solar flare)是一種最劇烈的太陽活動(dòng)。周期約為11年。一般認(rèn)為發(fā)生在色球?qū)又?，所以也叫“色球爆發(fā)”。其主要觀測特征是，日面上(常在黑子群上空)突然出現(xiàn)迅速發(fā)展的亮斑閃耀，其壽命僅在幾分鐘到幾十分鐘之間，亮度上升迅速，下降較慢。特別是在，耀斑出現(xiàn)頻繁且強(qiáng)度變強(qiáng)的時(shí)候。

太陽耀斑能量與輻射

增亮釋放的能量相當(dāng)于10萬至100萬次強(qiáng)火山爆發(fā)的總能量，或相當(dāng)于上百億枚百噸級(jí)氫彈的爆炸;而一次較大的耀斑爆發(fā)，在一二十分鐘內(nèi)可釋放巨大能量，除了日面局部突然增亮的現(xiàn)象外，耀斑更主要表現(xiàn)在從射電波段直到X射線的輻射通量的突然增強(qiáng);耀斑所發(fā)射的輻射種類繁多，除可見光外，有紫外線、X射線和伽瑪射線，有紅外線和射電輻射，還有沖擊波和高能粒子流，甚至有能量特高的宇宙射線。

太陽耀斑分級(jí)與威力

耀斑對(duì)地球空間環(huán)境造成很大影響。太陽色球?qū)又幸宦暠?，地球大氣層即刻出現(xiàn)繚繞余音。耀斑爆發(fā)時(shí)，發(fā)出大量的高能粒子到達(dá)地球軌道附近時(shí)，將會(huì)嚴(yán)重危及宇宙飛行器內(nèi)的宇航員和儀器的安全。當(dāng)耀斑輻射來到地球附近時(shí)，與大氣分子發(fā)生劇烈碰撞，破壞電離層，使它失去反射無線電電波的功能。無線電通信尤其是短波通信，以及電視臺(tái)、電臺(tái)廣播，會(huì)受到干擾甚至中斷。耀斑發(fā)射的高能帶電粒子流與地球高層大氣作用，產(chǎn)生極光，并干擾地球磁場而引起磁暴。此外，耀斑對(duì)氣象和水文等方面也有著不同程度的直接或間接影響。正因?yàn)槿绱?，人們?duì)耀斑爆發(fā)的探測和預(yù)報(bào)的關(guān)切程度與日俱增，正在努力揭開耀斑迷宮的奧秘。傳說，第二次世界大戰(zhàn)時(shí)，有一天，德國前線戰(zhàn)事吃緊，后方德軍司令部報(bào)務(wù)員布魯克正在繁忙地操縱無線電臺(tái)，傳達(dá)命令。突然，耳機(jī)里的聲音沒有了。他檢查機(jī)器，電臺(tái)完整無損;撥動(dòng)旋鈕，改變頻率，仍然無濟(jì)于事。結(jié)果，前線失去聯(lián)系，像群龍無首似的陷入一片混亂，戰(zhàn)役以失敗而告終。布魯克因此受到軍事法庭判處死刑。他仰天呼喊“冤枉!冤枉!” 后來查清，這次無線電中斷，“罪魁禍?zhǔn)住笔且?。布魯克的死，?shí)在冤枉。他的死，在于人們當(dāng)時(shí)對(duì)耀斑還不了解。 1859年9月1日，兩位英國的天文學(xué)家分別用高倍望遠(yuǎn)鏡觀察太陽。他們同時(shí)在一大群形態(tài)復(fù)雜的黑子群附近，看到了一大片明亮的閃光發(fā)射出耀眼的光芒。這片光掠過黑子群，亮度緩慢減弱，直至消失。這就是太陽上最為強(qiáng)烈的活動(dòng)現(xiàn)象——耀斑。由于這次耀斑特別強(qiáng)大，在白光中也可以見到，所以又叫“白光耀斑”。白光耀斑是極罕見的，它僅僅在太陽活動(dòng)高峰時(shí)才有可能出現(xiàn)。耀斑一般只存在幾分鐘，個(gè)別耀斑能長達(dá)幾小時(shí)。在耀斑出現(xiàn)時(shí)要釋放大量的能量。一個(gè)特大的耀斑釋放的總能量高達(dá)1026焦耳，相當(dāng)于100億顆百萬噸級(jí)氫彈爆炸的總能量。耀斑是先在日冕低層開始爆發(fā)的，后來下降傳到色球。用色球望遠(yuǎn)鏡觀測到的是后來的耀斑，或稱為次級(jí)耀斑。耀斑按面積分為4級(jí)，由1級(jí)至4級(jí)逐漸增強(qiáng)，小于1級(jí)的稱亞耀斑。耀斑的顯著特征是輻射的品種繁多，不僅有可見光，還有射電波、紫外線、紅外線、X射線和伽瑪射線。耀斑向外輻射出的大量紫外線、X射線等，到達(dá)地球之后，就會(huì)嚴(yán)重干擾電離層對(duì)電波的吸收和反射作用，使得部分或全部短波無線電波被吸收掉，短波衰弱甚至完全中斷。2003年10月底11月初，科學(xué)家目睹了一場有記錄以來最大的太陽耀斑(solar flare)爆發(fā)。這些帶電粒子大規(guī)模地傾瀉而出，即使在地球以及地球周圍的空間里也顯而易見——這里距離源頭整整有1 .5億千米遠(yuǎn)。舉例來說，突擊到我們鄰近空間中的粒子，它們的轟擊有時(shí)會(huì)非常強(qiáng)大，以至于許多科學(xué)衛(wèi)星和通信衛(wèi)星不得不暫時(shí)關(guān)閉，少數(shù)還遭到永久性的損傷。同樣，國際空間站的宇航員也面臨著危險(xiǎn)，不得不到空間站上防護(hù)相對(duì)較好的服務(wù)艙中尋求庇護(hù)。在地球上，定期航班避開了高空航線，因?yàn)樵谀抢?，飛行員可能會(huì)遇到無線電通訊方面的問題，乘客和乘務(wù)人員可能吸收到的輻射劑量令人擔(dān)憂。電網(wǎng)也不得不嚴(yán)格監(jiān)控電涌(surge)。盡管有了這些努力，瑞典南部的5萬戶居民還是短暫地失去了電力供應(yīng)。幸運(yùn)的是，即使與最糟糕的太陽風(fēng)狹路相逢，地球的磁場和大氣層也可以保護(hù)地球上絕大多數(shù)的人免遭蹂躪。但是社會(huì)對(duì)科技的依賴日益加深，使得在某種程度上，幾乎每個(gè)人都容易遭受攻擊[參見《科學(xué)美國人》2001年4月號(hào)詹姆斯·L·伯奇所著《太空風(fēng)暴的怒吼》一文]。在大耀斑爆發(fā)的過程中，最大的潛在破壞來自那些高速射離太陽外層大氣的物質(zhì)——在空間物理學(xué)家的術(shù)語中，它們被稱為“日冕物質(zhì)拋射(coronal mass ejections)”。其中一些拋射事件會(huì)將巨量的電離氣體送入與地球相撞的軌道中，就像2003年多次異常巨大的耀斑爆發(fā)那樣。

耀斑的無線電波吸收

當(dāng)太陽的電磁輻射、高能和低能粒子拋射加強(qiáng)時(shí)，由于光致電離或碰撞，電離層的電子密度增加， 這就引起對(duì)在電離層中傳播的無線電波的吸收。 耀斑爆發(fā)時(shí)發(fā)射的電磁波(主要在 1～10埃)進(jìn)入電離層 D層(見地球大氣)引起的擾動(dòng)稱為突然電離層騷擾。此時(shí)在電離層傳播的高頻無線電波會(huì)出現(xiàn)突然衰減,有時(shí)還會(huì)完全消失,這種現(xiàn)象稱為短波突然中斷。短波突然中斷是最先被發(fā)現(xiàn)的電離層耀斑效應(yīng)，并且較容易被觀測到。耀斑所造成的電波衰減大多數(shù)是在高頻波段，并且和觀測地點(diǎn)的太陽高度有關(guān)。通常當(dāng)發(fā)生耀斑時(shí)，對(duì)于發(fā)射站和接收站連線通過日下點(diǎn)(太陽位于該點(diǎn)的天頂)的那些短波通訊，會(huì)出現(xiàn)較強(qiáng)的吸收或中斷。耀斑發(fā)射的粒子流也能使電離層(主要是 D層)電離度提高，而引起電波吸收。但問題比較復(fù)雜，吸收通常在耀斑出現(xiàn)后幾小時(shí)乃至幾十小時(shí)才發(fā)生，還和地磁緯度有關(guān)，一般發(fā)生在高緯度地區(qū)(60°以上)。這類電波吸收可分為兩種類型：一為極蓋吸收，一為極光帶吸收。前者在大的太陽射電Ⅳ型爆發(fā)后幾小時(shí)出現(xiàn)，吸收主要限于地磁緯度約大于60°的范圍內(nèi)，估計(jì)是由能量約為 10～100兆電子伏的粒子引起的。后者伴隨有磁暴和極光,可能是由1兆電子伏或更小能量的極光粒子引起的。極光帶吸收的范圍比極蓋吸收的要大。極蓋吸收每年發(fā)生的總數(shù)同平滑后的黑子相對(duì)數(shù)的變化曲線相符，即這種吸收的發(fā)生同太陽活動(dòng)的平均水平有密切關(guān)系。極光帶吸收同黑子數(shù)的變化并不一致，這種吸收在太陽活動(dòng)下降年出現(xiàn)得最頻繁?？梢姌O蓋吸收和極光帶吸收是跟不同的太陽現(xiàn)象相聯(lián)系的。

太陽耀斑與太陽黑子有什么聯(lián)系

盡管科學(xué)家一直想弄清楚是什么引起了耀斑爆發(fā)和日冕物質(zhì)拋射(它總是伴隨著眾多耀斑出現(xiàn))，但只有在大約最近十年中，觀測才達(dá)到足夠的水準(zhǔn)，足以揭露出它們的紛繁復(fù)雜，闡明它們背后的物理機(jī)制。這多虧了20世紀(jì)90年代引入的一些新技術(shù)。結(jié)果證明，問題的關(guān)鍵在于磁力線突然的重新排布，這種現(xiàn)象被稱為重聯(lián)(reconnection)。

兩者幾乎沒有關(guān)系，首先產(chǎn)生現(xiàn)象的地點(diǎn)不一樣，太陽黑子出現(xiàn)在光球?qū)?，肉眼可見，耀斑出現(xiàn)在色球?qū)?，必須用專業(yè)的色球望遠(yuǎn)鏡觀測。耀斑大爆發(fā)是導(dǎo)致通訊中斷的原因。

但在色球?qū)映霈F(xiàn)的譜斑與黑子有聯(lián)系，譜斑多出現(xiàn)在黑子集中的地區(qū)

黑子耀斑及日珥成因

黑子實(shí)際上是太陽表面上的風(fēng)暴，是一個(gè)巨大的旋渦狀氣流。耀斑是太陽色球?qū)又芯植啃^(qū)域的突然發(fā)亮，并迅速增強(qiáng)的現(xiàn)象，又叫色球爆發(fā)，它是各種太陽活動(dòng)中最為劇烈的現(xiàn)象。位置在譜斑或光斑附近，且常在黑子群周圍。耀斑在幾分鐘內(nèi)形成，可持續(xù)存在幾個(gè)小時(shí)。能量大多是紫外輻射，也發(fā)出強(qiáng)X射線，還有宇宙線和非高能粒子。所釋放的能量極大，最大可達(dá)到1025焦耳，相當(dāng)于百萬噸級(jí)氫彈威力的100億倍。日珥是非常奇特的太陽活動(dòng)現(xiàn)象，其溫度在5000～8000K之間，大多數(shù)日珥物質(zhì)升到一定高度后，慢慢地降落到日面上，但也有一些日珥物質(zhì)漂浮在溫度高達(dá)200萬K的日冕低層，即不附落，也不瓦解，就像爐火熊熊的煉鋼爐內(nèi)居然有一塊不化的冰一樣奇怪，而且，日珥物質(zhì)的密度比日冕高出1000～10000倍，兩者居然能共存幾個(gè)月，實(shí)在令人費(fèi)解。

太陽耀斑與世界末日

2012年太陽耀斑，世界末日?

據(jù)美國今日宇宙網(wǎng)站報(bào)道，2012年，我們將會(huì)擁有一個(gè)燃燒著巨大火焰的太陽嗎?科學(xué)家預(yù)計(jì)太陽活動(dòng)將達(dá)到史無前例的高峰期，既在2011年的太陽周期中太陽黑子最多而且太陽活動(dòng)力最強(qiáng)的時(shí)期。所以我們可以預(yù)見到那時(shí)將發(fā)生大量的太陽活動(dòng)。一些科學(xué)家預(yù)測第24個(gè)太陽活動(dòng)周(2011-2012年)中的太陽極大期可能比之前2002-2003年的高峰期釋放更多的能量。太陽物理學(xué)家為即將發(fā)生一輪太陽活動(dòng)而激動(dòng)，一些新型的科學(xué)預(yù)測方法和監(jiān)測工具已經(jīng)被派上用場。然而，面對(duì)2012年的“世界末日”我們真的應(yīng)該擔(dān)心嗎?

2012年對(duì)地球影響

太陽耀斑真的會(huì)在2012年毀滅地球嗎?

根據(jù)人類此前所預(yù)測的眾多世界末日的場景當(dāng)中的一個(gè)，在2012年將是瑪雅人所預(yù)言的“世界末日”。當(dāng)瑪雅第五太陽紀(jì)結(jié)束時(shí)，必定會(huì)發(fā)生太陽消失，地球開始搖晃的大悲劇。根據(jù)瑪雅預(yù)言所說，太陽紀(jì)只有五個(gè)循環(huán)，一但太陽經(jīng)歷過5次循環(huán)，地球就要?dú)?。而第五太陽紀(jì)開始于公元前3113年，歷經(jīng)瑪雅大周期5125年后，就在公元2012年12月22日前后結(jié)束。這個(gè)瑪雅人的預(yù)言場景事實(shí)上還是有一些科學(xué)根據(jù)的，至少說明太陽活動(dòng)對(duì)人類是有影響的。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在2011年的太陽周期與根據(jù)瑪雅歷法所提出的時(shí)間循環(huán)之間，可以找到一些可能存在的關(guān)系，但是這些關(guān)系也僅僅和天文觀測有關(guān)系，瑪雅人的確觀察到了太陽的一些活動(dòng)。此外，宗教經(jīng)文(比如《圣經(jīng)》)說到：我們即將迎接宣判日的到來，充滿了火焰和硫磺石。所以，看起來我們似乎正在迎接2012年12月 21日這個(gè)日子的到來，離我們最近的恒星將給我們帶來難以想象的酷熱!

然而在我們迅速做出結(jié)論之前，退后一步進(jìn)行全面的思考。如同其他大多數(shù)的預(yù)言說2012年“世界末日”的場景一樣，由太陽所噴發(fā)出的巨大的、毀滅地球性質(zhì)的太陽耀斑對(duì)于那些兇兆預(yù)知者和不明科學(xué)知識(shí)的人極具吸引力。但是讓我們從對(duì)太陽耀斑效應(yīng)的研究中會(huì)看到，太陽到底發(fā)生了什么，地球究竟會(huì)怎么樣。事實(shí)上，我們的地球狀態(tài)非常之好。

太陽耀斑(Solar flare)是一種最劇烈的太陽活動(dòng)。太陽表面突然出現(xiàn)亮斑閃耀，其壽命僅在幾分鐘到幾十分鐘之間，亮度上升迅速，減弱較慢。一旦出現(xiàn)太陽耀斑，對(duì)于太陽表面來說就是一次驚天動(dòng)地的大爆發(fā)。耀斑釋放的能量相當(dāng)于10萬至100萬次強(qiáng)火山爆發(fā)的總能量，或相當(dāng)于上百億枚百噸級(jí)氫彈的爆炸;而一次較大的耀斑爆發(fā)，在一二十分鐘內(nèi)可釋放巨大能量。除了太陽局部突然增亮的現(xiàn)象外，耀斑更主要表現(xiàn)在從射電波段直到X射線的輻射通量的突然增強(qiáng);耀斑所發(fā)射的輻射種類繁多，除可見光外，有紫外線、X射線和伽瑪射線，有紅外線和射電輻射，還有沖擊波和高能粒子流，甚至有能量特高的宇宙射線。耀斑爆發(fā)時(shí)，發(fā)出大量的高能粒子到達(dá)地球軌道附近時(shí)，將會(huì)嚴(yán)重危及宇宙飛行器內(nèi)的宇航員和儀器的安全。當(dāng)耀斑輻射來到地球附近時(shí)，與大氣分子發(fā)生劇烈碰撞，破壞電離層，使它失去反射無線電電波的功能。無線電通信尤其是短波通信，以及電視臺(tái)、電臺(tái)廣播，會(huì)受到干擾甚至中斷。耀斑發(fā)射的高能帶電粒子流與地球高層大氣作用，產(chǎn)生極光，并干擾地球磁場而引起磁暴。此外，耀斑對(duì)氣象和水文等方面也有著不同程度的直接或間接影響。但是，不會(huì)產(chǎn)生地磁顛倒和天空著火這樣夸張的影響和場面。因此，隨著人類對(duì)太陽耀斑爆發(fā)的探測和預(yù)報(bào)的關(guān)切程度與日俱增，人類正在逐漸揭開太陽耀斑的奧秘，并且逐漸了解太陽耀斑對(duì)地球的影響。

科學(xué)家的權(quán)威解釋

科學(xué)家稱，太陽一直處于高放射性的環(huán)境當(dāng)中，太陽活動(dòng)的興起和衰落周期大約是11年，根據(jù)最新的觀測資料顯示，近段時(shí)間以來，太陽表面出現(xiàn)了一個(gè)中等大小的磁結(jié)現(xiàn)象。這可能預(yù)示著新一輪太陽活動(dòng)周期的到來，但是由于太陽黑子活動(dòng)存在著不可預(yù)見性，因而，2008年也有可能是太陽活動(dòng)相對(duì)“寧靜”的一年。對(duì)于2011-2012年得太陽極大期，科學(xué)家認(rèn)為太陽耀斑還不具有毀滅地球的能力，經(jīng)過一些數(shù)據(jù)模擬和對(duì)地球大氣環(huán)境的研究，2012年的太陽耀斑也只會(huì)是對(duì)地球通訊系統(tǒng)的一次毀滅打擊，對(duì)于地球本身來說，危害不會(huì)很大。