太阳也爱“发脾气”

香江

2024 年1 月1日5 时 55 分，太阳爆发了一个X5.0 级耀斑，同时伴随日冕物质抛射。这一刻被我国“夸父一号”卫星的3 个载荷成功跟踪和记录，再次刷新了第25 太阳活动周迄今最大耀斑的纪录。

耀斑爆发能量大

太阳是个“暴脾气”，耀斑是其最剧烈的爆发现象之一，发生在色球层，所以也叫“色球爆发”。耀斑一般表现为局部增亮，同时伴随有一系列高能量现象的发生，持续时间从几分钟到几十分钟不等。一个中等强度的耀斑，可在短暂时间里发射出从伽马射线到无线电波段的强大辐射，总能量相当于10 亿至100 亿颗原子弹爆炸，或十万至百万次强大火山爆发释放的能量总和。耀斑分为A、B、C、M、X 五个级别，其中A为能量最小级别。

太阳黑子并非黑色，它处于太阳大气最下方的光球层，蕴含着巨大的能量，温度也比较高，但是要比其他区域低，从而在太阳表面形成一个暗区，是太阳表面可以看到的最突出的現象。太阳黑子实际上是太阳表面一种炽热气体的巨大旋涡，温度大约为4 500℃。太阳黑子的数量和位置每隔一段时间会发生周期性变化，从而确定了太阳的活动周期。地球上天气或气候反常也与它的活动有密切关系。

日冕物质抛射是太阳系内规模最大、程度最剧烈的能量释放过程，大多数都来自活动区（黑子群与经常伴随的耀斑）。从太阳日冕层抛射出来的物质主要是电子和质子组成的等离子，还有少量的重元素，如氦、氧和铁。加上伴随着的日冕磁场，一次日冕物质抛射把1 亿到10 亿吨物质抛射到行星际空间，速度从每秒20 千米到每秒3 200 千米不等，平均速度为每秒489 千米。这意味着日冕物质从太阳到地球轨道需要13 小时到86 天不等，平均需要3.5天。日冕物质抛射会破坏太阳风的流动，抵达地球时扰乱地球磁层。

太阳风指太阳持续发射的无限粒子流，如电子和质子，速度可达每小时900 千米，流动时所产生的效应与空气流动十分相似，所以取名“太阳风”。它从太阳表面加热的日冕层中喷射而出，穿过太阳系空旷的空间，持续不断地向外传播。太阳风是太阳活动周期的一个重要指标，当太阳表面活动剧烈时，太阳风的强度和频率也会增加。

知识链接

太阳从内到外主要分为内部结构和大气层，内部结构从内向外依次是核反应层、辐射层、对流层，太阳大气层从里到外分为光球层、色球层、日冕层。光球层就是我们平常所看到的太阳圆面，属太阳大气层中的最里层，厚度达500 千米。色球层是紧贴光球层的一层大气，厚约8 000 千米，物质的密度和压力要比光球层低得多。日冕层是太阳大气的最外层，密度比色球层更低，而温度反比色球层高，可达上百万摄氏度，范围从色球层一直延伸到好几个太阳半径的地方。

中国卫星探日忙

作为距离我们最近的恒星，太阳在超过45亿年的时间里，孕育了地球上的天气、气候以及我们所依赖的生态环境。太阳对人类的影响特别表现在时有发生的耀斑和日冕物质抛射现象上，它们是空间灾害性天气的源头，可能影响空间飞行器的安全甚至地球上的人类生活。因此，对太阳的观测研究具有重要的科学意义和实际应用价值。

通过观测和研究太阳，我们可以了解一些基本的天体物理过程。地球存在大气层，观测太阳会受到干扰，还有一些波段无法穿透大气层。想要更好地认知太阳，就得发射卫星到天上去看一看，来一个空间探日。

“夸父一号”于2022 年10 月9 日发射，搭载有全日面矢量磁像仪、莱曼阿尔法太阳望远镜和太阳硬X 射线成像仪。它瞄准太阳的“一磁两暴”（即太阳磁场、太阳耀斑和日冕物质抛射），研究它们的形成、演化、相互作用和彼此关联，同时为影响人类航天、通信、导航等高科技活动的空间灾害性天气预报提供支持。

一直关注航天信息的同学一定听说过我国首颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”，它于2021 年10 月14 日成功发射。同为探日卫星，“羲和号”和“夸父一号”有什么不同？

“羲和号”是我国探日工程的“探路者”，实现了国际首次全日面Hα 波段光谱成像观测。它的高光谱分辨率和高时间分辨率的观测，可以为太阳光球层和色球层做深度“CT 扫描”。作为卫星主要的科学载荷，Hα 成像光谱仪是太阳的专属“摄影师”。它可在46 秒内完成4 600余步全日面扫描，获得超过1 600 万个点的光谱信息，并获得300 余个波长点的太阳图像。这些光谱潜藏着太阳光球层和色球层不同层次的大气信息。

第25 太阳活动周开始于2020 年下半年，将持续到2031 年前后。“夸父一号”选择在2022 年开启探日征途，可以记录下太阳活动由少变多、逐渐活跃直至达到高峰的过程，有利于捕捉到更多的剧烈爆发现象。目前，太阳活动水平处于高位，太阳黑子日益增多，日面上不断出现结构复杂的大黑子群，爆发频繁。据预测，2024 年将迎来第25 太阳活动周峰年。

地球磁场显神威

如果把耀斑爆发看作太阳打了个“喷嚏”，那么地球会因此“感冒”吗？幸运的是，地球磁场像一把“保护伞”，让我们赖以生存的家园生机盎然。

地球磁场保护地球上的生物和大气层免受太阳风暴的影响。地球磁场在与太阳风相互作用时产生了磁层，起到了屏蔽太阳风的作用。太阳风中的带电粒子会被地球磁场引导，形成一个磁层，将高能太阳粒子向南极和北极引流。这些粒子与大气气体相互作用，形成美丽的极光。与此同时，这些高能粒子也会被磁场束缚在两极地区，不易散逸到地球其他地区，从而保护了大部分地表避免被电离辐射。

（责任编辑：陆艳）