我们要迎来史上最强的太阳风暴了吗？

2023年截至6月太阳表面出现的所有太阳黑子的演图像。（使用NASA太阳动力学天文台收集的数据制作。）图片来源：Şenol Şanlı

今年6月，太阳表面出现了160多个太阳黑子，这是20多年来太阳黑子数最多的一个月。

在太阳表面，正有一些暗斑在不断出现，又消失——它们被称为太阳黑子，是比周围温度更低的区域。但低温并不代表平静，暗影之下涌动着高度聚集的强磁场。正是在这些地方，酝酿着太阳耀斑和日冕物质抛射等太阳活动。

一段时间内的太阳黑子数量和大小与太阳的电磁活动周期（约为11年）直接相关，黑子出现得越频繁，阴影区域越大，就意味着太阳正在接近太阳活动周期的顶峰——太阳极大期（与之相对的是太阳极小期）。当前的太阳活动周期始于2019年，是有观测记录以来的第25个周期。太阳活动正朝着极大期迈进，变得越来越活跃，因此我们理应观测到越来越多的太阳黑子。然而即使抱有这样的预期，我们现在观测到的太阳依然过于活跃了。

2023年6月太阳表面出现的所有太阳黑子的演图像。（使用NASA太阳动力学天文台收集的数据制作。）图片来源：Şenol Şanlı

根据美国航空航天局（NASA）的预测，在第25个太阳周期峰值期间，每月的太阳黑子数最多达到125个。但仅在上个月，我们观测到的太阳黑子数就已经逼近200了。“这是自2002年9月以来，太阳黑子数最高的一个月！”太阳物理学家基斯·斯特朗（Keith Strong）在推特上分享道，“在2023年6月，太阳黑子数达到了163个，这是二十多年来最高的一次。”

太阳“狂欢”之下的隐忧

显然，太阳即将迎来一场盛大的“狂欢”，当前周期峰值的太阳活动将变得相当激烈，这不禁引起了人们对地球附近太空环境的强烈担忧。虽然地面上的我们通常感知不到，但太阳活动总是影响着近地轨道上卫星等空间设备的命运。

更多的太阳黑子不仅意味着更多的太阳耀斑，还意味着更多日冕物质抛射（即高能带电粒子流的抛射，该粒子流是太阳风的主要成分）事件。这会导致地球大气层附近的太空环境变得极为糟糕。太阳风暴中的高能带电粒子会进入大气层，轰击大气层中的原子产生绚丽多彩的极光，但如果它过于强烈，也会对地球高纬度地区的电网和地球轨道上的卫星造成严重破坏。

太阳物理学家、美国科罗拉多大学博尔德分校空间科学技术中心主任汤姆·伯杰（Tom Berger）在接受Space.com采访时说道，在经历2003年10月那场猛烈的太阳风暴袭击时，有上百颗卫星失联了数天。这是因为许多卫星和国际空间站所处的近地轨道位于高层大气，也就是低轨区域。在太阳风暴袭来之时，这一区域的稀薄大气会与太阳风相互作用并发生膨胀，空气密度的增加导致卫星会突然遭受比平静的太空天气时更大的阻力，很容易偏离原来的轨道。

伯杰表示：“在最猛烈的太阳风暴中，卫星轨道的偏离会非常大。它们可能会与上次雷达定位的位置相差数十千米，基本上可以被看作已经丢失了，唯一的方法就是靠雷达再次锁定它们的位置。”而太阳风暴导致一些卫星设备的损毁，又会在卫星运转的轨道上产生更多的碎片，造成更进一步的风险。

史上最强的太阳风暴

尽管太阳风暴通常并不会对我们的生活造成太大影响，但在一些极端的情况下，高能带电粒子还是有可能干扰飞行或破坏地球上的电网。有记录以来最强烈的太阳风暴——卡林顿事件，造成的严重后果是电报机中迸发出火花，焚毁了部分文件，导致欧洲和北美地区的电报服务中断了好几天。

这场严重的太阳风暴发生在1859年，当时英国的天文学家理查德·卡林顿（Richard Carrington）正在研究太阳大气层中一团奇怪的黑色斑点，他观察到一道持续了近五分钟的明亮闪光，这是历史上第一次有记录的太阳耀斑活动。后人也因此将随后不到48小时内猛烈袭击地球的太阳风暴命名为卡林顿事件。

理查德·卡林顿于1859年绘制的太阳黑子草图，被覆盖在NASA太阳动力学天文台拍摄的太阳的真实图像之上。图片来源：Richard Carrington/NASA Solar Dynamics Observatory/SpaceWeather.com

现代的天文学家当然很想知道卡林顿当时观测到的太阳是怎样的。很幸运的是，卡林顿本人绘制了一张他观察到的面向地球的太阳黑子图像——一群黑色斑点，卡林顿估计它们的宽度和木星直径差不多宽。2019年，《太空天气》（Space Weather）杂志上发表了对卡林顿草图的分析，预计这些斑点的宽度占太阳圆盘宽度的9%~14%。事实上，在2003年那场现代最强的太阳耀斑爆发之前，天文学家也观测到了一个与卡林顿观测的太阳黑子大小相近的黑子。不过幸运的是，那一次日冕物质抛射的路径与地球“擦肩而过”，并没有造成大范围的破坏。

《太空天气》将卡林顿绘制的太阳黑子（上）和现代历史中最大的太阳黑子（下，2003年11月）合成到一张图像。二者的大小大致相同。图片来源：Richard Carrington / NASA / SpaceWeather.com

司空见惯的“超预期”

在过去的连续28个月，我们观测到的太阳黑子数量一直高于预测值，6月的太阳黑子数更是比上一次太阳极大期的任何一个月都要多。科学家原本预测本周期将会在2025年迎来峰值，但目前的情况预示着太阳活动极大期正在迅速逼近，而且很可能比预期的更加极端。

这张来自NASA太阳动力学天文台的图像，展示了2023年7月3日的太阳表面的情况，星罗密布的太阳黑子是我们在过去20年来所见过的数量最多的一次。图片来源：NASA/SDO

事实上，在6月29日，一个此前出现的太阳黑子就迅速膨胀为比地球宽约10倍的“庞然巨兽”，成为本周期最大的太阳黑子之一。随后在7月2日，这个巨大的暗斑就爆发了X级太阳耀斑（X级是强度最高等级），直接冲击了地球并导致美国西北和东太平洋地区无线电短暂的中断。可以预见，伴随着太阳周期逐渐达到峰值，这样的事件在不久的将来会变得越来越常见。

参考来源:

[1].https://www.space.com/sun-highest-sunspot-number-since-2002

[2].https://www.livescience.com/space/the-sun/see-the-monster-sunspot-that-launched-the-carrington-event-the-most-devastating-solar-storm-in-recorded-history

[3].https://www.livescience.com/space/the-sun/sunspot-numbers-hit-20-year-high-indicating-the-sun-is-fast-approaching-its-explosive-peak

[4].https://www.straitstimes.com/world/record-number-of-sunspots-spark-concerns-of-disruptions-to-life-on-earth

[5].https://www.chron.com/news/space/article/sun-spots-warming-18185858.php

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来源：环球科学

编辑：Quantum Bard

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