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能量堪比百万次火山喷发 太阳“打喷嚏”地球或“感冒”

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  国家空间天气监测预警中心发布耀斑黄色预警。北京时间5月5日14时01分,太阳爆发了一个强耀斑(X1.3级),该事件发生时我国处于白天,耀斑对我国上空电离层产生了影响。

  预计未来三天,仍有可能爆发M级甚至X级以上耀斑,国家空间天气监测预警中心将密切跟踪事件发展,及时发布预报预警信息。

  相关话题登上热搜第一位。太阳耀斑的再次爆发引发了网友的广泛关注与讨论。什么是太阳耀斑?太阳耀斑会对地球上的我们产生怎样的影响?

  什么是太阳耀斑?

  太阳表面强能量喷发

  太阳耀斑是太阳上最剧烈的活动现象之一。其主要观测特征是,太阳大气局部区域突然变亮,常伴随有各种能段电磁辐射和粒子发射的增强,亮度上升迅速,下降较慢。

  虽然太阳耀斑的寿命仅在几分钟到几十分钟之间,但是释放的能量却相当于十万甚至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。

  X为能量最大级别

  太阳耀斑作为太阳表面的强烈能量喷发,分为A、B、C、M、X五个级别,其中A为能量最小级别,X为能量最大级别。每个级别间能量相差十倍,比如X1.0级耀斑比C1.0级耀斑强100倍。

  太阳“发点儿脾气”也有周期,平均每隔11年,太阳活动就会呈现出由弱到强,再由强转弱的周期性变化,这就是太阳活动周期。

  2024年1月至10月之间的第25个太阳周期活动高峰为“太阳活动极大期”,也就是说,太阳将在2024年达到当前活动周期的峰值。  

  对地球有什么影响?

  太阳强大磁场能命中地球,产生地磁暴

  耀斑就像太阳打了个“喷嚏”,地球也可能跟着“感冒”。

  国家空间天气监测预警中心工程师韩大洋介绍,太阳的外层大气从太阳表面喷出,形成充盈整个太阳系的太阳风,地球就浸泡其间,只不过有地球磁场作为天然屏障我们才得以生存。

  太阳活动会导致太阳风和地球空间环境产生各种变化,正如地球大气中的短期变化过程被称为“天气”一样,日地空间中发生的各种短期变化过程被称为“空间天气”。

  太阳的剧烈活动比如耀斑和日冕物质抛射等,还经常会制造空间天气事件来袭扰地球,并可能引发“空间天气灾害”。

  太阳耀斑作为最典型的太阳爆发活动,一次日冕物质抛射过程能将数以亿吨计的太阳物质以数百千米每秒的高速抛离太阳表面,它们携带着太阳强大的磁场能,一旦命中地球,就会引发地磁场方向与大小的变化,即地磁暴。  

  也可能带来极光天象

  地磁暴带来的也不全都是坏事,比如极光天象的发生。

  今年3月23日,太阳爆发X1.1级耀斑,并引发日冕物质抛射事件。国家空间天气监测预警中心及时监测到该现象,准确预报了其后发生的地磁暴,并发布预警信息。3月24日23时至3月25日2时,地球发生特大地磁暴,空间高能粒子沿地球磁力线注入地球两极,使得高层大气被部分激发,出现极光现象。尽管当时处于满月时期,但在我国黑龙江漠河、内蒙古根河等地依然拍摄到了清晰的极光。

  极光常见于地球南北极等高纬度地区,国家空间天气监测预警中心工程师韩大洋解释:“极光的发生范围与地磁暴强度存在对应关系。对于北半球而言,地磁暴越强,极光发生的范围就会越往南扩,如果足够强的话,就可能在我国夜空出现极光。”  

  对身体健康几乎没影响

  有网友表示,太阳耀斑爆发时“好像特别困”,也有网友调侃称“上班时脑袋疼”……值得注意的是,地磁暴的确会对电子通信产品产生一定影响,但对普通人的身体健康几乎没有影响。清华大学天文系副教授蔡峥表示,目前,磁暴对人体直接健康影响的研究仍在进行中,但有理论认为强烈的地磁活动可能会影响动物的迁徙和导航能力。

  更多的影响可能是对在国际空间站等环境中工作的宇航员,磁暴期间的辐射增加可能对宇航员有安全问题,通常需要采取额外的防护措施。  

  对电力、通信、卫星、导航带来影响

  太阳耀斑爆发对地球产生的危害,通常取决于耀斑的级别、持续时间和释放的能量。

  一般来说,X级是最强的耀斑级别,有潜力对地球产生显著的影响,并可能引发“空间天气灾害”。

  ①当X级耀斑爆发的时候,它一般会影响(地球)向阳面的电离层,那么这时候主要是对一些依靠短波通信的行业会产生轻微的影响。

  ②太阳耀斑往往伴随着日冕物质抛射,日冕物质抛射喷出大量的带电粒子,那么它大概三四天会到达地球,这样的话它会产生强烈的地磁扰动。

  这些灾害主要是太阳以辐射和高能物质的形式发出,影响近地空间以及地面的人造设施,对卫星、航天器安全以及航空、通信、导航等领域产生影响和危害。比如太阳耀斑会影响向阳面的地球电离层,短波通信、导航定位以及海上搜救,还有一些应急通信,甚至手机通信等都有可能受到干扰;地面上长距离的高压输电系统和输油管道也会受到影响。

  南京大学天文与空间科学学院副院长程鑫教授表示,地磁暴会让远距离输电系统电压和电流波动,导致停电或电力供应不稳定,在轨卫星姿态改变,影响GPS信号,导致导航失灵。

  2003年万圣节期间,太阳爆发了一次强磁暴(地磁暴),使欧美的一系列科学卫星都遭受了不同程度的损害,导致全球卫星通信受到干扰。

  2022年2月4日,因为太阳活动产生地磁暴,地球高层大气受热后膨胀导致高层大气密度增加,一批星链卫星在210公里轨道受到的大气阻力剧增,这批49颗卫星最终有40颗因未能退出安全模式并启动氪离子推进器,于次日损毁。据信这是单次地磁暴对卫星造成的最大规模破坏。

  如何降低影响?

  地球自带“防毒面罩”

  自1755年观测到第一个太阳活动周期开始,人类现在正经历第25个太阳活动周期的上升阶段。可以预计,太阳活动将逐渐增加,太阳耀斑和日冕物质抛射发生的次数将越来越多。

  太阳如此“活力四射”,我们该如何防范?

  不必恐慌,地球自带“防毒面罩”——磁场,它帮助我们阻挡了绝大部分太阳耀斑爆发带来的高能粒子流。  

  “夸父一号”已观测到百多例白光耀斑

  此外,科研人员会通过各类太阳观测设备,及时跟踪太阳大气的爆发活动,做好空间天气预报预警,特殊时段可以有选择地关闭电网,及时调整通信系统、飞机航线或卫星轨道,将太阳活动造成的影响降到最低。

  中国科学院紫金山天文台4月29日通报,我国综合性太阳探测专用卫星“夸父一号”(ASO-S)发射一年多以来,已经观测到100多例太阳白光耀斑。这一观测远超此前对白光耀斑发生频率的预期,对进行空间天气预报等具有重要科学意义。

  太阳白光耀斑是在可见光连续谱辐射表现出增强的一类耀斑。这类耀斑通常能量较高,它们的出现会对空间天气产生影响,如造成地面通信故障或中断、干扰航天器正常运行等。

  在“夸父一号”卫星上天之前,人类仅观测并报道了300例左右太阳白光耀斑事件,这对耀斑爆发总量来说比例很低。

  “夸父一号”卫星团队通过对2022年10月至2023年5月发生的205个能量较高的耀斑进行分析,识别出49例白光耀斑,白光耀斑发生率为24%,远高于此前观测到的数据。随着太阳活动峰年的到来,越来越多的耀斑被识别为白光耀斑。截至2023年12月底,已有120余例白光耀斑被“夸父一号”上的白光太阳望远镜(WST/ASO-S)观测到,这为探究白光耀斑的物理本质提供了样本。

  “夸父一号”是我国综合性太阳探测专用卫星,于2022年10月9日发射,2023年9月正式交付给中国科学院紫金山天文台管理,目前正处于在轨科学运行阶段。自卫星发射以来,已记录到大约600TB的原始太阳观测数据。  

  今年爆发部分耀斑(2024年)

  ●1月1日5时55分,太阳爆发了一个强耀斑(X5.0级)

  ●2月22日22时27分,太阳爆发了一个强耀斑(X6.3级)

  ●3月23日,太阳爆发强耀斑(X1.1级)

  ●5月3日,太阳爆发了一个强耀斑(X1.6级)

  ●5月5日14时01分,太阳爆发了一个强耀斑(X1.3级)

  整合:易福红

  来源:新华社 央视 四川在线 科技日报 齐鲁壹点等

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