当太阳变成“小星星”——“羲和号”教你从光谱中读懂恒星大气爆发活动

导语

读者朋友，你可曾想象过，如果太阳也像夜空中的那些星星一样，距离我们非常遥远，变成浩瀚星空中一个微弱的亮点，我们还能捕捉到它的大气中所发生的暗条爆发、耀斑、日冕物质抛射等剧烈活动的迹象吗？此外，太阳上的各类爆发活动在其他恒星上是否也会类似上演？为了回答这些问题，我们借助太阳卫星“羲和号”的观测，把太阳当作一颗普通的遥远恒星来研究，试图通过恒星整体光谱去读懂它的“喜怒哀乐”。

一、为什么需要「把太阳当作一颗遥远恒星」来研究？

在广袤的宇宙中，恒星是行星系统的“中心舞台”。像太阳这样的恒星，时常会通过暗条爆发、耀斑和日冕物质抛射等活动，深刻影响其周围行星的空间环境与大气状态，甚至可能决定生命能否生存。然而，绝大多数恒星离我们太过遥远，在望远镜中它们只是一个个小光点，我们无法像观测太阳那样看清它们表面的细节。但是当这些遥远恒星的大气中发生“发脾气”式的爆发时，它们的整体观测特征也会随之变化，其中恒星整体光谱便蕴含了丰富的恒星大气爆发活动信息。

为了“翻译”这些遥远恒星的整体光谱信息，科学家们提出了一种巧妙的研究方法——‌“Sun-as-a-star”（把太阳当作一颗遥远恒星）‌。简单来说，就是把太阳的成像和光谱观测数据，在整个日面上进行“空间积分”——也就是把整个太阳当作一个点光源来处理，然后与遥远恒星的观测结果进行对比，看看太阳的哪些爆发特征在其他恒星的观测数据中也能被找到。

二、“羲和号”带来了哪些新的发现？它们对理解恒星大气爆发活动有什么启发？

我国的“羲和号”卫星提供了高质量的太阳全日面Hα光谱观测数据。基于这些数据，来自中国科学院国家天文台、紫金山天文台和南京大学的联合团队，对几种不同类型的太阳爆发进行了深入分析。他们并‌不只是对爆发区域笼统地分析，而是把太阳爆发源头划分成不同的小区域，每个区域由不同物理过程主导‌，分区域地开展积分光谱研究，取得了以下发现：

1、耀斑带如同“红色火焰”‌：在这里，空间积分后的Hα光谱展现出持续的线心辐射增强、谱线增宽和红翼不对称特征——这是太阳耀斑中色球压缩过程的“典型指纹”。

2、爆发暗条好似“蓝色魅影”‌：在其不同的演化阶段‌，积分光谱展现出‌加速的蓝移吸收 → 减速的蓝移吸收 → 红移吸收‌的完整变化过程，正好记录了太阳暗条中冷等离子体从抬升、减速到最终回落的全过程（如图1所示）。

3、新发现修正传统认知‌：传统观点认为，Hα光谱中的蓝移吸收信号就是暗条成功爆发并产生日冕物质抛射的证据，但这项研究却表明有时看到蓝移吸收，可能只是暗条“尝试起飞却失败坠回”；而有些被确认伴随日冕物质抛射的真正的暗条成功爆发事件，反而可能因为耀斑带辐射太强而“隐身”——在Hα光谱中没有明显的蓝移吸收信号（如图2所示）。这一现象或许能解释为什么过去借助恒星Hα光谱观测确认的日冕物质抛射事件非常少。因为能被我们清楚看到的恒星爆发，大多是比太阳耀斑强得多的“超级耀斑”，它们发出的强光很容易掩盖掉暗条爆发留下的痕迹。

三、展望

研究团队还结合美国SDO卫星的极紫外光谱数据分析发现：同一个暗条爆发事件在更高温谱线中观测到的等离子体运动速度要普遍高于Hα谱线（如图3所示），二者结合能够更好地刻画暗条演化的完整过程，为诊断后续可能形成的日冕物质抛射提供更好地观测限制。对此，‌研究人员强调‌：“这项研究为从恒星整体Hα光谱数据中解构出爆发源区的相关物理过程提供了关键线索，也表明了来自紫外、X射线、射电等不同波段的协同观测对于我们全面理解太阳与恒星大气爆发活动的重要价值。”这意味着，未来若推动涵盖多波段的太阳-恒星联合观测项目，将帮助我们在“恒星如何影响其周围行星宜居性”这一前沿领域取得更多突破。

图1. “羲和号”卫星观测到的一个伴随失败暗条爆发的耀斑事件。爆发源区在Hα线心和线翼的成像（a1–a3）、多普勒速度场（b1–b2），以及分区积分的Sun-as-a-star Hα时序光谱（c1–c4，分别对应整体源区、暗条抬升区、耀斑带和暗条下落区）。

图2. 一个X9.0级大耀斑事件在Hα线心的成像（a）、LASCO C2的白光波段CME成像（b）和Sun-as-a-star Hα时序光谱（c）。

图3. 伴随成功爆发（a、b）以及失败爆发（c）暗条的耀斑事件的Hα和OV时序光谱。底色图表示爆发源区整体积分的Sun-as-a-star Hα光谱，灰色阴影区域为全日面积分的OV光谱。

参考文献

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作者简介

侯义军，中国科学院国家天文台项目研究员、博士生导师，主要从事太阳黑子、太阳暗条/日珥、太阳爆发活动与恒星爆发活动等方向的研究。。

本文转载自《中国科学院国家天文台》微信公众号

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