日震波可以幫助預測太陽耀斑嗎？
2020-09-23 科技領航人太陽耀斑是在太陽上發生劇烈爆炸時，它會將帶高能量的粒子向外噴發，有時會衝向地球，從而幹擾通信並危及衛星和太空人的生命。
圖註：X級太陽耀斑（X9.3）於2017年9月6日發射，由美國國家航空航天局太陽動力學天文臺在極紫外光下捕獲。
但是，正如科學家在1996年發現的那樣，耀斑還可以引起日震活動（日震），從而釋放脈衝聲波，這些聲波會深入太陽內部。
儘管太陽耀斑與日震之間的關係仍然是個謎，但新發現表明，這些「聲瞬變」以及它們產生的表面波動可以告訴我們很多有關耀斑的信息，也許有一天可以幫助我們預測耀斑的大小和嚴重程度。
來自美國，哥倫比亞和澳大利亞的一個物理學家團隊發現，2011年一次耀斑釋放的一部分聲能來自太陽表面以下的約1000公裡（光球層），因此遠低於觸發該事件的太陽耀斑引發的日震。
該結果於9月21日發表在《天體物理學雜誌快報》上，該結果來自一種稱為日震全息技術的診斷技術，該技術是由法國科學家弗朗索瓦·羅迪埃（FrançoiseRoddier）於1900年代後期提出，並由現任西北研究協會（Northwest Research Associates）的美國科學家查爾斯·林賽（Charles Lindsey）和道格拉斯·布勞恩（Douglas Braun）廣泛開發。
日震全息術使科學家能夠分析由耀斑觸發的聲波以探測聲源，就像地球上發生的特大地震所產生的地震波使地震學家能夠確定其震中位置一樣。該技術首先應用於羅馬尼亞的研究生阿麗娜·卡塔利娜（Alina-Catalina Donea）在林賽和布勞恩的監督下從耀斑釋放的聲瞬變。卡塔利娜現在就讀於澳大利亞墨爾本的莫納什大學。
布勞恩說：「這是第一個專門設計用來直接區分其重建源的深度及其水平位置的螺旋地震診斷儀。」
加州大學的胡安·卡米洛·布伊特拉戈·卡薩斯（Juan Camilo Buitrago-Casas）說：「我們無法直接看到太陽的內部。它對向我們展示太陽外部大氣的光子是不透明的，它們可以從那裡逃逸到我們的望遠鏡。」 合著者加州大學伯克利分校哥倫比亞的物理學博士生，胡安·卡米洛·布伊特拉戈-卡薩斯說，「我們知道太陽內部發生的事情的方式，是通過日震波使太陽表面的波與我們地球上的地震引起的波相似。大爆炸（例如耀斑）可以向地球注入強大的聲脈衝。太陽，我們可以使用它的後續特徵來更詳細地映射其聲源。本文的主要信息是，至少其中一些噪聲的聲源已被深深淹沒。我們報告了迄今為止已知的太陽最深聲波源。」
圖註：美國國家航空航天局（NASA）的太陽動力學天文臺於2017年9月8日拍攝了這張中級（M8.1）太陽耀斑（右側明亮區域）的圖像。該圖像融合了兩種不同波長的極紫外光。
日震如何在太陽表面產生波紋
在某些耀斑中引起日震的聲爆會向各個方向（主要是向下）輻射聲波。當向下傳播的波在溫度不斷升高的區域中移動時，它們的路徑會由於折射而彎曲，最終回到表面，並在其中產生波紋，就像在池塘裡扔卵石後看到的一樣。爆炸到波紋到達之間的時間約為20分鐘。
林賽說：「那麼，波不僅是表面現象，而且是波的表面特徵，這些波已經深入到活動區域的下方，然後在隨後的一個小時內又回到外圍表面。」分析表面波可以查明爆炸的來源。
「人們普遍認為，由聲活躍的耀斑釋放的波是從上方注入到太陽內部的。我們發現，有力的跡象表明某些聲源遠低於光球層。加州大學伯克利分校太空科學實驗室的太陽物理學研究員，胡安·卡洛斯·馬丁內斯·奧利弗羅斯（Juan CarlosMartínezOliveros）說，「這些耀斑似乎是釋放出的聲音瞬變的先兆或觸發點。在太陽內部發生的其他事情正在產生至少一部分日震波。」
「使用醫學做一個比喻，我們（太陽物理學家）以前所做的就像使用X射線觀察太陽內部的快照。現在，我們正在嘗試進行CAT掃描，在三個維度上以觀察太陽的內部」。
&34;林賽說，&39;看看這個。這是不同的！這裡發生了什麼？」布伊特拉戈-卡薩斯 說，「所以，我們發現了，那真是太刺激了！」
馬丁內斯（Martínez）和昆特羅·奧爾特加（Quintero Ortega）是論文的第一作者，該論文描述了2020年5月20日出版的《天體物理學雜誌快報》上，標題為「2011年7月30日那場耀斑釋放出的波的極端衝擊」。這些波具有頻譜成分，這為研究人員提供了前所未有的源分布空間解析度。
多虧了美國宇航局的太陽動力學天文臺衛星的出色數據，研究小組才能夠查明爆炸源，該爆炸源在光球層以下1000公裡處產生了日震波。相對於太陽近700,000公裡的半徑來說，這很淺，但比太陽中以前已知的聲源還要深。
具有自身形態的光源浸沒在太陽光球以下，並且在外部大氣中沒有明顯的直接上覆擾動，這表明驅動聲瞬變的機制本身也被淹沒。
林賽說：「它可以通過利用自己的能源引發緊湊的爆炸來工作，例如遠程觸發的日震。」「上方的耀斑使表面下方的東西震動，然後，非常緊湊的浸沒能量單元作為聲音釋放出來，」他說，「毫無疑問，耀斑會捲入其中，只是這種深層緊湊型能源的存在暗示了一種單獨的、獨特的、緊湊型、淹沒式能源驅動排放的可能性。」
布伊特拉戈-卡薩斯和馬丁內斯·奧利弗索斯分類的中型太陽耀斑中大約有一半與日震有關，表明它們通常一起發生。此後，研究小組發現了其他火星較弱的淹沒源。
淹沒聲源的發現提出了這樣一個問題，即是否存在聲瞬變實例自發釋放，完全沒有表面擾動或沒有耀斑的問題。
「如果瞬變可能來自尚未破壞太陽表面的磁通量，那麼如果太陽在陽光下自然發生，這可能會導致我們成為一種預測工具。」 馬丁內斯·奧利弗羅斯說，「然後，我們可以預料到該磁通量將不可避免地隨後出現。我們甚至可以預言一些細節，這些細節將涉及活動區域的大小，以及活動區域將產生何種類型的耀斑。這是一個難得機會，值得研究。」
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