什么是太阳斑耀

什么是太阳斑耀
什么是太阳斑耀

什么是太阳斑耀
太阳耀斑
耀斑是在太阳的色球-日冕过渡层中发生的一种局部辐射突然增加的太阳活动.太阳上的等离子被加热至一千万度,电子、质子及一些重离子被加速到接近光速.这些离子发出的电磁波波段由电磁波谱上的长波微波至最短波长的伽傌射线.大部份耀斑都出现在太阳活跃的区域如黑子附近,即是太阳表面磁场线露出日冕的部份.耀斑的能量主要来自于日冕突然释放的磁能.耀斑出现后,可以观察到亮度突然增加,射电波、紫外线、X射线流量也会猛增,有时还会发射高能的γ射线和高能带电粒子.耀斑所放出的X射线及紫外线可影响地球大气层中的电离层,破坏人类的电磁通讯.十分一米的电波辐射可能破坏电达运作或其他同频率运作的仪器.耀斑在1859年被首次发现.耀斑出现的频率不定,在太阳活跃时,可几日就出现一次.相反在太阳稳定时,整星期也未必出现一次.小型耀斑比大型耀斑较多出现.太阳的活动周期为11年,在活动高峰期时有特别多黑子出现,同时亦有较多耀斑出现.

太阳耀斑（Solar flare）是一种最剧烈的太阳活动。周期约为11年。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的时候。

  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的爆炸；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射线和伽玛射线，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。

  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和仪器的安全。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，耀斑对气象和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。

  1859年9月1日，两位英国的天文学家分别用高倍望远镜观察太阳。他们同时在一大群形态复杂的黑子群附近，看到了一大片明亮的闪光发射出耀眼的光芒。这片光掠过黑子群，亮度缓慢减弱，直至消失。这就是太阳上最为强烈的活动现象——耀斑。由于这次耀斑特别强大，在白光中也可以见到，所以又叫“白光耀斑”。白光耀斑是极罕见的，它仅仅在太阳活动高峰时才有可能出现。耀斑一般只存在几分钟，个别耀斑能长达几小时。在耀斑出现时要释放大量的能量。一个特大的耀斑释放的总能量高达1026焦耳，相当于100亿颗百万吨级氢弹爆炸的总能量。耀斑是先在日冕低层开始爆发的，后来下降传到色球。用色球望远镜观测到的是后来的耀斑，或称为次级耀斑。

  耀斑按面积分为4级，由1级至4级逐渐增强，小于1级的称亚耀斑。耀斑的显著特征是辐射的品种繁多，不仅有可见光，还有射电波、紫外线、红外线、X射线和伽玛射线。耀斑向外辐射出的大量紫外线、X射线等，到达地球之后，就会严重干扰电离层对电波的吸收和反射作用，使得部分或全部短波无线电波被吸收掉，短波衰弱甚至完全中断。

  2003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。

  太阳耀斑与太阳黑子有什么联系?

  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)。 

  两者几乎没有关系，首先产生现象的地点不一样，太阳黑子出现在光球层，肉眼可见，耀斑出现在色球层，必须用专业的色球望远镜观测。耀斑大爆发是导致通讯中断的原因。

  但在色球层出现的谱斑与黑子有联系，谱斑多出现在黑子集中的地区 

  太阳黑子、耀斑以及日珥的成因

  黑子实际上是太阳表面上的风暴，是一个巨大的旋涡状气流。耀斑是太阳色球层中局部小区域的突然发亮，并迅速增强的现象，又叫色球爆发，它是各种太阳活动中最为剧烈的现象。位置在谱斑或光斑附近，且常在黑子群周围。耀斑在几分钟内形成，可持续存在几个小时。能量大多是紫外辐射，也发出强X射线，还有宇宙线和非高能粒子。所释放的能量极大，最大可达到1025焦耳，相当于百万吨级氢弹威力的100亿倍。日珥是非常奇特的太阳活动现象，其温度在5000～8000K之间，大多数日珥物质升到一定高度后，慢慢地降落到日面上，但也有一些日珥物质漂浮在温度高达200万K的日冕低层，即不附落，也不瓦解，就像炉火熊熊的炼钢炉内居然有一块不化的冰一样奇怪，而且，日珥物质的密度比日冕高出1000～10000倍，两者居然能共存几个月，实在令人费解。 

  2010年太阳耀斑，世界末日？

  据美国今日宇宙网站报道，2012年，我们将会拥有一个燃烧着巨大火焰的太阳吗?科学家预计太阳活动将达到史无前例的高峰期，既在2011年的太阳周期中太阳黑子最多而且太阳活动力最强的时期。所以我们可以预见到那时将发生大量的太阳活动。一些科学家预测第24个太阳活动周(2011-2012年)中的太阳极大期可能比之前2002-2003年的高峰期释放更多的能量。太阳物理学家为即将发生一轮太阳活动而激动，一些新型的科学预测方法和监测工具已经被派上用场。然而，面对2012年的“世界末日”我们真的应该担心吗? 

  太阳耀斑真的会在2012年毁灭地球吗? 

  根据人类此前所预测的众多世界末日的场景当中的一个，在2012年将是玛雅人所预言的“世界末日”。当玛雅第五太阳纪结束时，必定会发生太阳消失，地球开始摇晃的大悲剧。根据玛雅预言所说，太阳纪只有五个循环，一但太阳经历过5次循环，地球就要毁灭。而第五太阳纪开始于公元前3113年，历经玛雅大周期5125年后，就在公元2012年12月22日前后结束。这个玛雅人的预言场景事实上还是有一些科学根据的，至少说明太阳活动对人类是有影响的。科学家发现在2011年的太阳周期与根据玛雅历法所提出的时间循环之间，可以找到一些可能存在的关系，但是这些关系也仅仅和天文观测有关系，玛雅人的确观察到了太阳的一些活动。此外，宗教经文(比如《圣经》)说到：我们即将迎接宣判日的到来，充满了火焰和硫磺石。所以，看起来我们似乎正在迎接2012年12月 21日这个日子的到来，离我们最近的恒星将给我们带来难以想象的酷热! 

  然而在我们迅速做出结论之前，退后一步进行全面的思考。如同其他大多数的预言说2012年“世界末日”的场景一样，由太阳所喷发出的巨大的、毁灭地球性质的太阳耀斑对于那些凶兆预知者和不明科学知识的人极具吸引力。但是让我们从对太阳耀斑效应的研究中会看到，太阳到底发生了什么，地球究竟会怎么样。事实上，我们的地球状态非常之好。 

  太阳耀斑(Solar flare)是一种最剧烈的太阳活动。太阳表面突然出现亮斑闪耀，其寿命仅在几分钟到几十分钟之间，亮度上升迅速，减弱较慢。一旦出现太阳耀斑，对于太阳表面来说就是一次惊天动地的大爆发。耀斑释放的能量相当于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的爆炸;而一次较大的耀斑爆发，在一二十分钟内可释放巨大能量。除了太阳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射线和伽玛射线，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。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和仪器的安全。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，耀斑对气象和水文等方面也有着不同程度的直接或间接影响。但是，不会产生地磁颠倒和天空着火这样夸张的影响和场面。因此，随着人类对太阳耀斑爆发的探测和预报的关切程度与日俱增，人类正在逐渐揭开太阳耀斑的奥秘，并且逐渐了解太阳耀斑对地球的影响。 

  科学家称，太阳一直处于高放射性的环境当中，太阳活动的兴起和衰落周期大约是11年，根据最新的观测资料显示，近段时间以来，太阳表面出现了一个中等大小的磁结现象。这可能预示着新一轮太阳活动周期的到来，但是由于太阳黑子活动存在着不可预见性，因而，2008年也有可能是太阳活动相对“宁静”的一年。对于2011-2012年得太阳极大期，科学家认为太阳耀斑还不具有毁灭地球的能力，经过一些数据模拟和对地球大气环境的研究，2012年的太阳耀斑也只会是对地球通讯系统的一次毁灭打击，对于地球本身来说，危害不会很大。

太阳的剧烈活动，局部辐射增强数倍