北京時間2022年5月3日晚22時許，太陽表面發(fā)生劇烈活動，爆發(fā)了一個X1.1級耀斑。這已經(jīng)是過去一個月里第三次“X級”的耀斑爆發(fā)了。
5月3日-5月5日期間太陽耀斑活動水平（來源：NOAA）
科普時間到！
太陽黑子（sunspot）是大家比較熟悉的太陽活動現(xiàn)象。太陽黑子是位于太陽最底層大氣——光球?qū)又械陌岛诎唿c(diǎn)。雖然看上去黑，其實(shí)溫度也有4000多度。只不過，它的溫度比周圍區(qū)域低了1000多度，因而看上去相對比較暗。其實(shí)單獨(dú)拿出來看依然是賊亮賊亮的！
太陽黑子是重要、也是最直觀的太陽活動現(xiàn)象之一。太陽黑子數(shù)量的多少能客觀地反映出太陽活動的劇烈程度。
黑子相對較暗淡是因?yàn)槠浯艌龇浅?qiáng)。隨著黑子增多，太陽大氣中的磁場不斷累積，磁場的能量也不斷增加。在條件合適的時候，磁場結(jié)構(gòu)變得不穩(wěn)定，巨大的磁能被釋放出來，形成太陽上兩類最劇烈的爆發(fā)現(xiàn)象：耀斑和日冕物質(zhì)拋射。耀斑（flare）是指太陽大氣局部區(qū)域突然變亮的活動現(xiàn)象，常伴隨有增強(qiáng)的電磁輻射和粒子拋射。日冕物質(zhì)拋射（Coronal Mass Ejection，簡稱為CME），又稱日冕瞬變，是指太陽最外層大氣日冕的局部區(qū)域內(nèi)發(fā)生物質(zhì)大規(guī)?？焖賿伾涞默F(xiàn)象。
太陽活動存在周期性，其中最顯著的是11年周期。最早是由科學(xué)家塞瑟爾·海因里?！な┩卟荚?9世紀(jì)中葉發(fā)現(xiàn)，后來蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院天文臺臺長魯?shù)婪颉の譅柗蛴诌M(jìn)行了總結(jié)整理，并提出了“太陽黑子相對數(shù)”的概念。他將1755年至1766年標(biāo)記為第1個太陽活動周。
從2019年起，第25個太陽活動周已經(jīng)開啟了，天文學(xué)家普遍推測2025年將達(dá)到峰值。從目前的實(shí)際觀測來看，從2022年起，太陽黑子數(shù)量確實(shí)呈現(xiàn)明顯的上升趨勢。甚至，進(jìn)入2022年以來，太陽的“臉”沒有一天是干凈的——每天至少有一個黑子！更令人驚訝的是，從去年底開始，觀測到的太陽黑子數(shù)量明顯高于太陽物理學(xué)家們的預(yù)期！
太陽黑子相對數(shù)的實(shí)測值與預(yù)期值對照（來源：NOAA）
最近一個月來，太陽表面好不熱鬧，出現(xiàn)多個大黑子、多個活動區(qū)，并產(chǎn)生多次耀斑爆發(fā)。3月29日，太陽活動區(qū)AR 2975產(chǎn)生多個M級耀斑，并于3月30日產(chǎn)生一個X1.3級耀斑。太陽活動區(qū)AR 2994在4月17日產(chǎn)生一個X1.1級耀斑，AR 2992在4月20日產(chǎn)生了一個X2.2級耀斑。
上海天文館太陽望遠(yuǎn)鏡（EAST）拍攝的耀斑爆發(fā)過程（C7.4級 / 2021-08-29）
M級、X級到底是什么意思呢？地球電離層對太陽軟X射線輻射強(qiáng)度變化反應(yīng)敏感，所以國際上也廣泛采用軟X射線輻射強(qiáng)度對太陽耀斑進(jìn)行定級，根據(jù)耀斑在1到8埃波段所釋放的能量從小到大分為A、B、C、M和X級。每一等級又可以細(xì)分為1.0~9.9級，這與我們熟悉的里氏地震強(qiáng)度的標(biāo)記相似。需要注意的是，相鄰兩個等級的能量差異不是線性的關(guān)系。X1.0級比M1.0級強(qiáng)10倍，比C1.0級強(qiáng)100倍。
但是，光看X射線通量恐怕還不夠，有時候小級別的耀斑爆發(fā)卻能引發(fā)較大的空間天氣災(zāi)害。3月28日，太陽活動區(qū)AR2975異?；钴S，釋放了11個C級耀斑和6個M級耀斑，產(chǎn)生了兩個全暈狀日冕物質(zhì)拋射，它們離開太陽表面的速度高達(dá)~1200公里每秒和~1700公里每秒，到達(dá)地球時引起強(qiáng)烈的地磁暴。
日冕物質(zhì)拋射伴隨著大量高能帶電粒子，主要是質(zhì)子，因而也被稱為“太陽質(zhì)子事件”。
4月5-6日，受到日冕物質(zhì)拋射的影響，地球同步軌道上2MeV以上高能電子通量達(dá)到了小高能電子暴的水平。電子與質(zhì)子相反，帶負(fù)電，質(zhì)量則更小。然而高能電子暴也會如海嘯一般，導(dǎo)致地球外輻射帶中的高能電子出現(xiàn)暴漲。帶電粒子雖然很輕很微小，但會如子彈一般撞向航天器，甚至穿透衛(wèi)星的屏蔽層，引起內(nèi)部充電或放電，導(dǎo)致短路，甚至產(chǎn)生嚴(yán)重故障。
太陽風(fēng)暴還會產(chǎn)生地磁暴，還會使得地球大氣密度升高，增加衛(wèi)星的阻力。2月初，SpaceX有40顆剛發(fā)射升空的星鏈衛(wèi)星就因?yàn)橐淮涡∫?guī)模的地磁暴而不幸隕落。相關(guān)介紹移步此文“有40顆衛(wèi)星上天才一周就毀了，兇手竟然是TA！”。
3月25日的質(zhì)子通量（來源：NOAA）
太陽活動對地球磁層、電離層、大氣環(huán)流乃至氣候變遷等都會產(chǎn)生變化。對太陽活動進(jìn)行7×24的嚴(yán)密監(jiān)測是一項(xiàng)重要的工作。在這當(dāng)中，也少不了天文愛好者們的貢獻(xiàn)。最近，國內(nèi)不少愛好者也記錄下太陽表面壯觀的活動場面。我們不妨來欣賞一下部分作品。
作品
王樂天，4月19日，Lunt152T日珥鏡2X增倍鏡，ASI1600MMPro相機(jī)，RST135赤道儀
王佳奇（小A），4月2日-4月18日，攝于北京
劉寧，2022年4月18日至26日每日中午，
太陽打黑子群活動區(qū)AR2993-2994，攝于北京
孟珂，2022年4月19日，攝于湖北武漢
李昆，2022年4月25日12:12，攝于上海崇明
胡志江，2022年4月9日、4月21日，攝于上海
王征，2022年4月7日，攝于北京
主要設(shè)備：QUARK日珥鏡 4寸普消 QHY174M
現(xiàn)在看來，第25個太陽活動周“漸入佳境”，上海天文館也將持續(xù)關(guān)注，也歡迎各位太陽物理領(lǐng)域的專家、學(xué)者以及熱心的愛好者們與我們一同分享。
作者：施韡（上海天文館展教中心）、姚迦文（上海天文館運(yùn)維中心）
審稿：陳鵬飛（南京大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院教授）
編輯：凱莉
審核：水仙
