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太阳耀斑

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太阳耀斑 太阳耀斑是一种最剧烈的太阳活动。一般认为发生在色球层中,所以也叫“色球爆发”。其主要观测特征是,日面上(常在黑子群上空)突然出现迅速发展的亮斑闪耀,其寿命仅在几分钟到几十分钟之间,亮度上升迅速,下降较慢。特别是在,耀斑出现频繁且强度变强。

别看它只是一个亮点,一旦出现,简直是一次惊天动地的大爆发。这一增亮释放的能量相当于10万至100万次强火山爆发的总能量,或相当于上百亿枚百吨级氢弹爆炸;而一次较大的耀斑爆发,在一二十分钟内可释放巨大能量,除了日面局部突然增亮的现象外,耀斑更主要表现在从射电波段直到X射线的辐射通量的突然增强;耀斑所发射的辐射种类繁多,除可见光外,有紫外线X射线伽玛射线,有红外线和射电辐射,还有冲击波和高能粒子流,甚至有能量特高的宇宙射线

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耀斑对地球空间环境造成很大影响。太阳色球层中一声爆炸,地球大气层即刻出现缭绕余音。耀斑爆发时,发出大量的高能粒子到达地球轨道附近时,将会严重危及宇宙飞行器内的宇航员仪器的安全。当耀斑辐射来到地球附近时,与大气分子发生剧烈碰撞,破坏电离层,使它失去反射无线电电波的功能。无线电通信尤其是短波通信,以及电视台、电台广播,会受到干扰甚至中断。耀斑发射的高能带电粒子流与地球高层大气作用,产生极光,并干扰地球磁场而引起磁暴

此外,耀斑对气象水文等方面也有着不同程度的直接或间接影响。正因为如此,人们对耀斑爆发的探测和预报的关切程度与日俱增,正在努力揭开耀斑迷宫的奥秘。

传说,第二次世界大战时,有一天,德国前线战事吃紧,后方德军司令部报务员布鲁克正在繁忙地操纵无线电台,传达命令。突然,耳机里的声音没有了。他检查机器,电台完整无损;拨动旋钮,改变频率,仍然无济于事。结果,前线失去联系,像群龙无首似的陷入一片混乱,战役以失败而告终。布鲁克因此受到军事法庭判处死刑。他仰天呼喊“冤枉!冤枉!” 后来查清,这次无线电中断,“罪魁祸首”是耀斑。布鲁克的死,实在冤枉。他的死,在于人们当时对耀斑还不了解。

03年10月底11月初,科学家目睹了一场有记录以来最大的太阳耀斑(solar flare)爆发。这些带电粒子大规模地倾泻而出,即使在地球以及地球周围的空间里也显而易见——这里距离源头整整有1.5亿千米远。举例来说,突击到我们邻近空间中的粒子,它们的轰击有时会非常强大,以至于许多科学卫星和通信卫星不得不暂时关闭,少数还遭到永久性的损伤。同样,国际空间站的宇航员也面临着危险,不得不到空间站上防护相对较好的服务舱中寻求庇护。在地球上,定期航班避开了高空航线,因为在那里,飞行员可能会遇到无线电通讯方面的问题,乘客和乘务人员可能吸收到的辐射剂量令人担忧。电网也不得不严格监控电涌(surge)。尽管有了这些努力,瑞典南部的5万户居民还是短暂地失去了电力供应。

幸运的是,即使与最糟糕的太阳风暴狭路相逢,地球的磁场和大气层也可以保护地球上绝大多数的人免遭蹂躏。但是社会对科技的依赖日益加深,使得在某种程度上,几乎每个人都容易遭受攻击【参见《科学美国人》2001年4月号詹姆斯·L·伯奇所著《太空风暴的怒吼》一文】。在大耀斑爆发的过程中,最大的潜在破坏来自那些高速射离太阳外层大气的物质——在空间物理学家的术语中,它们被称为“日冕物质抛射(coronal mass ejections)”。其中一些抛射事件会将巨量的电离气体送入与地球相撞的轨道中,就像2003年多次异常巨大的耀斑爆发那样。

尽管科学家一直想弄清楚是什么引起了耀斑爆发和日冕物质抛射(它总是伴随着众多耀斑出现),但只有在大约最近十年中,观测才达到足够的水准,足以揭露出它们的纷繁复杂,阐明它们背后的物理机制。这多亏了20世纪90年代引入的一些新技术。结果证明,问题的关键在于磁力线突然的重新排布,这种现象被称为重联(reconnection)。

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