在黑暗寒冷的太空中，如果不是“熊熊燃燒”的太陽帶來光和熱，地球將是一片死寂。

但是，性格暴烈的太陽，時不時也會給我們制造一點小麻煩，太陽大氣的局部區(qū)域會在短時間內(nèi)釋放大量能量，也就是我們常說的太陽耀斑。

太陽耀斑不僅會引起其局部區(qū)域瞬時加熱，還會向外發(fā)射各種電磁輻射，并伴隨粒子輻射的突然增強，從而影響地球的通信、導航甚至航空航天。

中國科學院紫金山天文臺研究人員與國內(nèi)同行合作，利用美國太陽動力學天文臺(SDO)衛(wèi)星搭載的大氣成像儀(AIA)和日震磁像儀(HMI)的多波段觀測數(shù)據(jù)，詳細研究了2015年10月16日在編號12434的活動區(qū)發(fā)生的一個M級環(huán)形耀斑，發(fā)現(xiàn)耀斑所在區(qū)域和附近并沒有明顯的暗化，卻在距離該耀斑約18萬千米的寧靜區(qū)出現(xiàn)了遠端日冕暗化現(xiàn)象。近日，該研究結果發(fā)表于《天文與天體物理》雜志。

關于環(huán)形耀斑科學家知之甚少，而對于環(huán)形耀斑與日冕暗化關系的研究也非常欠缺。這兩者同時出現(xiàn)，引發(fā)了科學界的關注。耀斑與其他太陽大氣現(xiàn)象之間是否還存在其他關聯(lián)?日冕區(qū)域暗化意味著什么?大面積暗化區(qū)域物質(zhì)去向哪里?

劇烈的能量釋放過程

太陽看起來就像一顆刺眼的大火球。天文望遠鏡誕生后，科學家們才可以逐漸開始研究太陽發(fā)出的光，研究太陽表面黑子，并在日食期間觀察日冕。

直到1859年，英國天文愛好者理查德·卡林頓在觀察太陽時，跟蹤一個巨大的太陽黑子，他觀測到一個前所未見的現(xiàn)象：一個“白光耀斑”，強烈明亮，在整個黑子中移動了大約5分鐘，然后完全消失。

這是人類第一次觀測到太陽耀斑。之所以稱之為耀斑，是因為它們看上去是一些非常光亮的區(qū)域，其溫度高達上千萬攝氏度，最長持續(xù)幾個小時。

“太陽耀斑是發(fā)生在太陽大氣局部區(qū)域，通常是黑子周圍活動區(qū)的一種劇烈能量釋放過程，是太陽大氣活動的重要形式之一。”中國科學院紫金山天文臺副研究員張擎旻告訴科技日報記者。

耀斑的能量相當驚人，一個耀斑所釋放的總能量可達約1022—1025焦耳，相當于1.5至1500億顆廣島原子彈同時爆炸釋放的能量。耀斑的能量源自太陽表面積累的磁場自由能，在短時間內(nèi)這些能量通過一種叫做磁場重聯(lián)的機制快速轉換為等離子體的熱能、動能以及輻射能，并產(chǎn)生大量高能粒子。

現(xiàn)在，科學家已經(jīng)可以通過地面和空間的大型太陽望遠鏡在射電、紅外、可見光、紫外線，甚至是伽馬射線等全波段觀測到耀斑。

目前人們觀測到的、形態(tài)比較規(guī)則的耀斑包括兩類，一種是雙帶耀斑，這是最常見、研究最成熟的一類耀斑，它們在太陽低層大氣呈現(xiàn)兩條近似平行的亮帶，在日冕中呈現(xiàn)出拱形熱環(huán);另一種是環(huán)形耀斑，是美國太陽過渡區(qū)與日冕探測器發(fā)現(xiàn)的一種特殊耀斑，通常由一個圓形或橢圓形亮帶和內(nèi)部致密的亮帶組成。

各類活動彼此關聯(lián)

對于太陽來說，耀斑并不是孤立存在的，太陽大氣中的各類活動彼此之間有著密切聯(lián)系。比如，太陽黑子釋放其磁能量時產(chǎn)生耀斑，而耀斑往往與日冕關系密切。

統(tǒng)計研究表明，能量越大的耀斑越容易伴隨太陽表面的另外一類爆發(fā)活動——日冕物質(zhì)拋射(CME)。顧名思義，日冕物質(zhì)拋射就是指日冕在很短的時間內(nèi)向行星際空間拋射大量磁化等離子體的過程。這些等離子體的質(zhì)量可達百億噸，最高速度可達3000千米/秒。

因此，科學家將那些伴隨著CME的耀斑，稱為爆發(fā)耀斑，沒有CME伴隨發(fā)生的耀斑稱為約束耀斑。這也直觀地體現(xiàn)了耀斑的能量大小。其實，耀斑和CME都是太陽表面最劇烈、能量最高的爆發(fā)活動，也是產(chǎn)生災害性空間天氣的重要源頭。

耀斑和CME產(chǎn)生的高能輻射以及磁化等離子體經(jīng)過長途跋涉，到達地球附近時，對地球周圍磁場及電離層產(chǎn)生強烈擾動，進而對航天器、通信、導航等產(chǎn)生影響。

日冕暗化，也是與太陽耀斑爆發(fā)或者CME相關的另一種大尺度活動。

據(jù)觀測，日冕暗化表現(xiàn)為局部日冕在極紫外和軟X射線波段輻射的快速變暗和緩慢回升，整個過程可持續(xù)幾小時到十幾小時。日冕暗化的區(qū)域先快速擴展然后緩慢收縮，最大面積可達數(shù)萬平方兆米。

“日冕暗化主要是由耀斑和CME導致的密度降低引起的，因此我們可以根據(jù)日冕暗化的光譜變化，大體估算CME帶走的物質(zhì)。”張擎旻介紹說。

科學家認為，研究日冕暗化對于空間天氣預警和預報有一定的指導意義，但目前關于環(huán)形耀斑與日冕暗化關系的研究還非常欠缺。

或因區(qū)域物質(zhì)密度降低

在此次研究中，科學家發(fā)現(xiàn)，耀斑與遠端日冕暗化區(qū)域由大尺度閉合磁力線相連接，證明二者有著緊密聯(lián)系。

據(jù)專家介紹，這個遠端日冕暗化的變化過程大致分三個階段：首先，在耀斑硬X射線到達峰值前數(shù)分鐘，出現(xiàn)微弱的暗化;之后，長而窄的遠端日冕暗化發(fā)生了，在幾乎所有極紫外波段都可以觀察到，而耀斑區(qū)域本身并沒有明顯變化。隨后，大面積的暗化逐步向東南方向延伸，面積緩慢增加，部分暗化區(qū)域最大相對亮度降低90%;最后，暗化面積逐漸縮小。

通過估算，整個演化過程持續(xù)約8小時。同時，這次遠端日冕暗化的特性，比如面積、亮度、持續(xù)時間等，與CME引起的暗化很接近。

“這一次的發(fā)現(xiàn)與以往的觀測都不太一樣，很難用現(xiàn)有理論做出完美解釋。”張擎旻認為，遠方日冕變暗的原因，推測可能是這些區(qū)域物質(zhì)密度降低，而非溫度變化。

在此之后，科研人員又找到了幾個類似事件，說明這種現(xiàn)象并非個例。

但是，為什么耀斑會引起太陽大氣變化?消失的物質(zhì)又去了哪里?現(xiàn)在還是未解之謎。

無論是耀斑還是CME，都會對地球造成巨大影響。在理查德·卡林頓首次觀測到耀斑大約18小時后，地球上出現(xiàn)了有記錄以來最大的地磁風暴;世界各地都觀測到極光;在古巴、夏威夷等赤道附近區(qū)域，人們將看到的極光稱為“綠色窗簾”;電報機在斷開連接的情況下，因為感應電流而引起震動。

如果今天發(fā)生這樣的事件，大量電力和電子基礎設施將遭受毀滅性的打擊，造成損失可能高達數(shù)萬億美元。

想要準確預報并減輕空間天氣事件造成的損害，方法只有一個——弄清楚太陽表面究竟發(fā)生了什么，而這項研究為我們能夠更多地了解這個脾氣不太好的鄰居，又向前邁進了一步。(記者 張 曄)

關鍵詞： 環(huán)形耀斑 日冕變暗