太陽的“暴脾氣”如何“點(diǎn)燃”最美極光

  極光非常罕見，但近日，黑龍江漠河和新疆阿勒泰的居民相繼欣賞到這一美景。5月10日晚至11日凌晨，在地球磁場和大氣的共同作用下，一場極光盛宴降臨這兩個(gè)城市。

  極光，是地磁暴引發(fā)的一種特殊天文現(xiàn)象，其誘因之一——日冕物質(zhì)拋射，往往伴隨著太陽耀斑。

  5月13日，科技日報(bào)記者從中國科學(xué)院紫金山天文臺(tái)（以下簡稱“紫金山天文臺(tái)”）獲悉，5月3日至11日中午，太陽共爆發(fā)了11個(gè)X級耀斑和60余個(gè)M級耀斑。太陽的“暴脾氣”為什么“愈演愈烈”，“夸父一號”從太空視角將其盡收眼底。

  最強(qiáng)等級地磁暴連續(xù)爆發(fā)

  國家空間科學(xué)中心12日發(fā)布，11日2時(shí)至8時(shí)，地磁發(fā)生強(qiáng)烈擾動(dòng)，Kp指數(shù)連續(xù)6小時(shí)達(dá)到最強(qiáng)地磁暴等級（Kp=9），為2004年11月以來最強(qiáng)地磁暴。此次地磁暴事件是由8—9日爆發(fā)的多個(gè)全暈日冕物質(zhì)拋射到達(dá)地球共同引起的。

  就在兩天前，該中心也曾發(fā)布大地磁暴預(yù)警，并提及在高緯度地區(qū)，美麗的極光現(xiàn)象也將會(huì)再次出現(xiàn)。

  “Kp指數(shù)是地磁短期波動(dòng)的指數(shù)，波動(dòng)從小到大標(biāo)記為0—9級，9是最高級別。”“夸父一號”衛(wèi)星首席科學(xué)家、紫金山天文臺(tái)研究員甘為群告訴記者。

  地磁暴為何會(huì)引發(fā)極光？紫金山天文臺(tái)太陽活動(dòng)多波段觀測研究組博士研究生滕偉霖向記者介紹，太陽耀斑爆發(fā)時(shí)，有時(shí)會(huì)伴生日冕物質(zhì)拋射。當(dāng)拋射的等離子體撞到地球磁層后，其攜帶的南向磁場與地球磁場重聯(lián)，將能量注入磁層，便引發(fā)地磁暴。地磁暴發(fā)生時(shí)，太空中的高能粒子和等離子體注入到地球內(nèi)磁層，內(nèi)磁層的高能粒子被散射，沿磁力線墜入地球大氣，與大氣中的原子和分子碰撞，將它們激發(fā)到較高能級。當(dāng)大氣中的原子和分子躍遷回原來的能級時(shí)，就會(huì)釋放出特定波長的極光。

  2024年是第25個(gè)太陽活動(dòng)周期高峰年，太陽活動(dòng)明顯增強(qiáng)，X級耀斑、太陽質(zhì)子事件、大地磁暴等強(qiáng)爆發(fā)事件頻發(fā)。

  “5月3日—11日，太陽共爆發(fā)了11個(gè)X級耀斑和60余個(gè)M級耀斑，爆發(fā)強(qiáng)度和頻次歷史罕見。這些耀斑幾乎都來自太陽北半球和南半球兩大太陽黑子活動(dòng)區(qū)AR3663和AR3664。”甘為群介紹，“夸父一號”衛(wèi)星的白光太陽望遠(yuǎn)鏡對這兩大活動(dòng)區(qū)觀測發(fā)現(xiàn)，它們差不多有幾十個(gè)地球半徑這么大，且內(nèi)部布滿了大大小小的復(fù)雜黑子，這些黑子像放鞭炮一樣不斷爆發(fā)。

  滕偉霖補(bǔ)充說，從“夸父一號”衛(wèi)星全日面矢量磁像儀觀測這兩大黑子活動(dòng)區(qū)的太陽磁場活動(dòng)來看，“躁動(dòng)不安”的磁場展現(xiàn)出極其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，成為孕育太陽耀斑的溫床。

  兩大黑子活動(dòng)區(qū)相繼制造“爆發(fā)事件”

  太陽黑子的兩大活動(dòng)區(qū)雖然都很活躍，但彼此的“性格”又有些許差異。滕偉霖介紹，AR3663活動(dòng)區(qū)更為“內(nèi)斂”，在它制造的耀斑中，大部分都沒有向外拋出日冕物質(zhì)拋射，而是在活動(dòng)區(qū)內(nèi)部“消化”磁場的能量，于是產(chǎn)生了級別很高的耀斑。

  “這些耀斑往往具有較強(qiáng)的硬X射線流量，這些流量被‘夸父一號’硬X射線成像儀記錄在冊。正因?yàn)檫@個(gè)活動(dòng)區(qū)‘內(nèi)斂’的性格，它只對地球施加了一波太陽耀斑‘攻擊’。”滕偉霖說。

  但AR3664活動(dòng)區(qū)顯得更為活潑。滕偉霖分析觀測影像發(fā)現(xiàn)，5月8日，當(dāng)AR3663活動(dòng)區(qū)爆發(fā)當(dāng)日最后一個(gè)X級耀斑后，AR3664活動(dòng)區(qū)緊隨其后發(fā)出一個(gè)X1.0級耀斑。與活動(dòng)區(qū)AR3663的耀斑不同，這個(gè)耀斑一出場便伴隨著朝向地球的日冕物質(zhì)拋射。隨后，AR3664活動(dòng)區(qū)開始不斷挑戰(zhàn)自己的極限，X1.1、X2.3、X4.0……隨著一個(gè)個(gè)大耀斑的爆發(fā)，一記記由日冕物質(zhì)和磁場組成的“炮彈”相繼向地球襲來。

  5月11日凌晨開始，這些天外來客陸續(xù)抵達(dá)地球，制造了20年來最強(qiáng)的地磁暴，在對航天器與通訊導(dǎo)航造成嚴(yán)峻考驗(yàn)的同時(shí)，也為人們獻(xiàn)上了一場極光盛宴。5月11日上午9時(shí)許，一個(gè)X5.8級的耀斑又從該活動(dòng)區(qū)爆發(fā)，刷新了該活動(dòng)區(qū)的耀斑強(qiáng)度紀(jì)錄。

  在不同周期的太陽活動(dòng)高峰年，太陽的活躍程度也不盡相同。甘為群舉例，在第21、23周期的太陽活動(dòng)高峰年，太陽活動(dòng)就很劇烈，而第24周期，則相對較弱。從目前的觀測來看，第25周期的太陽活動(dòng)比較強(qiáng)烈。

  “這為我們提供了很好的研究樣本。接下來，我們將根據(jù)這些數(shù)據(jù)和圖像，對太陽劇烈運(yùn)動(dòng)的發(fā)生機(jī)制和能量釋放過程、太陽磁場與太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射的關(guān)系、太陽磁場的演化歷程，以及太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射的背后誘因等展開研究。”甘為群說。

  （記者 金 鳳）