雲南天文臺揭示太陽耀斑能量來源和觸發機制

2021-01-19 中國科技新聞網

科技日報記者 趙漢斌 通訊員 陳豔

太陽耀斑是太陽上劇烈的爆發活動之一,這些劇烈活動可能導致災害性空間天氣的產生,因此研究耀斑觸發機制,對太陽耀斑的預測有重要意義。近日,中國科學院雲南天文臺研究人員在對耀斑的能量來源和觸發機制的研究中,取得了重要進展。

SDO和NVST觀測的三個連續發生的相似束縛耀斑。(雲南天文臺供圖)

發生在活動區的同一位置、具有相似拓撲結構的耀斑被稱為相似耀斑。相似耀斑也被認為是具有相同觸發機制。雲南天文臺撫仙湖太陽觀測與研究基地一米新真空太陽望遠鏡(NVST)是我國太陽物理和空間科學學科對太陽進行光學和近紅外觀測的主力設備,可在0.3至2.5微米波段對太陽進行高解析度成像和光譜觀測。同時,它也是全球最大的真空望遠鏡,在近年的太陽觀測研究中取得了諸多成果。

撫仙湖太陽觀測與研究基地陳國榮、閆曉理研究員利用NVST的高時空解析度觀測數據,以及美國太陽動力學觀測站(SDO)衛星觀測數據,對三個連續發生在活動區NOAA 11861中的相似束縛耀斑進行詳細的研究。他們發現,耀斑發生區域有明顯的磁流浮現和剪切運動。磁場演化表明由磁重聯導致的對消在耀斑發生之前就已經開始。浮現的磁場與原有的攜帶電流的磁結構發生相互作用被認為是導致耀斑開始的一種可能的機制。另外,在望遠鏡色球觀測上看到在耀斑發生時不同磁環之間發生了重聯現象。 

此前的一些研究表明,太陽耀斑能量的注入,主要由新浮磁流或者是集中在前導黑子旁邊具有較強浮現的區域,但這些注入的能量是否足夠提供耀斑爆發所需的能量還沒有定論,此項研究通過計算從光球注入的能量,發現數個小時的能量積累,就能夠提供耀斑爆發所需要的能量。相關研究成果發表在最新一期國際天文學雜誌《天體物理學雜誌》上。

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    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。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。
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    北京時間9月6日,太陽就又產生了兩個巨大的耀斑,其中之一還是近11年來最強的。這兩個耀斑分別出現在北京時間9月6日傍晚17:10和晚間20:10。後者是自2006年12月5日以來人們在太陽表面觀察到的最強耀斑。這兩個耀斑都被NASA的太陽動力天文臺記錄了下來。太陽動力天文臺是一臺空間望遠鏡,它能不間斷地對太陽進行持續監視,幫助科學家更好地了解太陽活動的變化及其對地球的衝擊。
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    1849年,蘇黎世天文臺的天文學家開始每天觀察和計數黑子。比利時的太陽影響數據分析中心和美國國家海洋與大氣管理局負責今天的黑子活動監測。太陽耀斑在產生太陽黑子的活動區域中的高磁場也會引起爆炸,稱為太陽耀斑。當扭曲的場線交叉並重新連接時,能量向外爆炸,其力超過數百萬枚氫彈。太陽外層(稱為電暈)的溫度通常下降幾百萬開爾文。
  • 太陽爆發12年來最強耀斑,會對我們產生什麼影響?
    都不是,這是太陽黑子。(圖片來源:中科院雲南天文臺撫仙湖太陽觀測站 1米口徑太陽真空望遠鏡)  [昨天發生了什麼]  9月6日晚上,太陽爆發X9.3級大耀斑,是自2005年以來最強的一次爆發活動,引發了太陽質子事件和日冕物質拋射。
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    魯汶大學的等離子體天體物理學家,首次對太陽耀斑期間發生的物理過程進行了自洽模擬。研究人員使用了佛蘭芒超級計算機和一種新的物理模型組合。太陽耀斑是太陽表面的爆炸,可以釋放出巨大的能量,相當於一萬億顆「小男孩」原子彈同時爆炸。在極端情況下,太陽耀斑可以使地球上的無線電連接和發電站癱瘓,同時太陽耀斑也是基於令人驚嘆的太空天氣現象。
  • 雲南天文臺太陽暗條精細結構和爆發活動研究獲進展
    中國科學院雲南天文臺撫仙湖太陽觀測與研究團組研究員閆曉理等對活動區NOAA 12740中的暗條精細結構和爆發過程開展研究。暗條(日珥)是懸浮在高溫稀薄日冕大氣中由相對低溫(約104K)和高密度(電子密度109-1011cm-3)等離子體和相應支撐的磁場結構組成。一般來說,暗條的等離子體溫度比周圍日冕環境低100倍,密度高100倍。暗條(日面上)和日珥(太陽邊緣)為同一活動體在不同位置的不同稱謂。根據暗條在日面出現的位置不同可以分為活動區暗條、寧靜區暗條和中間暗條。
  • ...日本科學家找到突破性方法 可提前24小時預測太陽耀斑爆發位置...
    如果你認為預測地球上的天氣很難,那預測太陽上的天氣——難度可想而知。今年5月29日,太陽爆發了自2017年10月以來最強的耀斑,這是美國宇航局(NASA)在太陽動力學天文臺(SDO)觀測到的一次噴發。這一現象引起了許多天文和科學家的擔憂——太陽耀斑爆發,對地球可能產生巨大的、危害性的影響。
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    目前,科學家們就這個問題至少達成了一個共識:加熱色球和日冕的能量來自於太陽內部。這就意味著,如果我們能夠搞清楚太陽內部能量如何通過光球層傳輸到上層大氣(色球和日冕層),我們就能夠解開日冕加熱這個太陽物理世紀未解之謎。
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    中國科學院雲南天文臺科學家們通過研究確定了湍流對太陽耀斑中等離子體加熱的作用,該最新研究成果論文,題為:「湍流在爆發性太陽耀斑中加熱等離子體的作用」,發表在最近的《天體物理學》雜誌上。太陽耀斑指突然在太陽上亮度增加的閃光,通常會在太陽表面附近和太陽黑子群附近觀察到。爆發性耀斑經常但不總是伴有日冕物質拋射。即使是最強大的耀斑,在總的太陽輻照度中也幾乎檢測不到。研究人員圍繞太陽爆發的物理本質問題,建立了太陽爆發的解析模型。物理學家們從上世紀80年代開始,通過求解磁流體力學方程組,幫助理解太陽爆發過程。
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