太阳的“暴脾气”如何“点燃”最美极光

  极光非常罕见，但近日，黑龙江漠河和新疆阿勒泰的居民相继欣赏到这一美景。5月10日晚至11日凌晨，在地球磁场和大气的共同作用下，一场极光盛宴降临这两个城市。

  极光，是地磁暴引发的一种特殊天文现象，其诱因之一——日冕物质抛射，往往伴随着太阳耀斑。

  5月13日，科技日报记者从中国科学院紫金山天文台（以下简称“紫金山天文台”）获悉，5月3日至11日中午，太阳共爆发了11个X级耀斑和60余个M级耀斑。太阳的“暴脾气”为什么“愈演愈烈”，“夸父一号”从太空视角将其尽收眼底。

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  最强等级地磁暴连续爆发

  国家空间科学中心12日发布，11日2时至8时，地磁发生强烈扰动，Kp指数连续6小时达到最强地磁暴等级（Kp=9），为2004年11月以来最强地磁暴。此次地磁暴事件是由8—9日爆发的多个全晕日冕物质抛射到达地球共同引起的。

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  就在两天前，该中心也曾发布大地磁暴预警，并提及在高纬度地区，美丽的极光现象也将会再次出现。

  “Kp指数是地磁短期波动的指数，波动从小到大标记为0—9级，9是最高级别。”“夸父一号”卫星首席科学家、紫金山天文台研究员甘为群告诉记者。

  地磁暴为何会引发极光？紫金山天文台太阳活动多波段观测研究组博士研究生滕伟霖向记者介绍，太阳耀斑爆发时，有时会伴生日冕物质抛射。当抛射的等离子体撞到地球磁层后，其携带的南向磁场与地球磁场重联，将能量注入磁层，便引发地磁暴。地磁暴发生时，太空中的高能粒子和等离子体注入到地球内磁层，内磁层的高能粒子被散射，沿磁力线坠入地球大气，与大气中的原子和分子碰撞，将它们激发到较高能级。当大气中的原子和分子跃迁回原来的能级时，就会释放出特定波长的极光。

  2024年是第25个太阳活动周期高峰年，太阳活动明显增强，X级耀斑、太阳质子事件、大地磁暴等强爆发事件频发。

  “5月3日—11日，太阳共爆发了11个X级耀斑和60余个M级耀斑，爆发强度和频次历史罕见。这些耀斑几乎都来自太阳北半球和南半球两大太阳黑子活动区AR3663和AR3664。”甘为群介绍，“夸父一号”卫星的白光太阳望远镜对这两大活动区观测发现，它们差不多有几十个地球半径这么大，且内部布满了大大小小的复杂黑子，这些黑子像放鞭炮一样不断爆发。

  滕伟霖补充说，从“夸父一号”卫星全日面矢量磁像仪观测这两大黑子活动区的太阳磁场活动来看，“躁动不安”的磁场展现出极其复杂的结构，成为孕育太阳耀斑的温床。

  两大黑子活动区相继制造“爆发事件”

  太阳黑子的两大活动区虽然都很活跃，但彼此的“性格”又有些许差异。滕伟霖介绍，AR3663活动区更为“内敛”，在它制造的耀斑中，大部分都没有向外抛出日冕物质抛射，而是在活动区内部“消化”磁场的能量，于是产生了级别很高的耀斑。

  “这些耀斑往往具有较强的硬X射线流量，这些流量被‘夸父一号’硬X射线成像仪记录在册。正因为这个活动区‘内敛’的性格，它只对地球施加了一波太阳耀斑‘攻击’。”滕伟霖说。

  但AR3664活动区显得更为活泼。滕伟霖分析观测影像发现，5月8日，当AR3663活动区爆发当日最后一个X级耀斑后，AR3664活动区紧随其后发出一个X1.0级耀斑。与活动区AR3663的耀斑不同，这个耀斑一出场便伴随着朝向地球的日冕物质抛射。随后，AR3664活动区开始不断挑战自己的极限，X1.1、X2.3、X4.0……随着一个个大耀斑的爆发，一记记由日冕物质和磁场组成的“炮弹”相继向地球袭来。

  5月11日凌晨开始，这些天外来客陆续抵达地球，制造了20年来最强的地磁暴，在对航天器与通讯导航造成严峻考验的同时，也为人们献上了一场极光盛宴。5月11日上午9时许，一个X5.8级的耀斑又从该活动区爆发，刷新了该活动区的耀斑强度纪录。

  在不同周期的太阳活动高峰年，太阳的活跃程度也不尽相同。甘为群举例，在第21、23周期的太阳活动高峰年，太阳活动就很剧烈，而第24周期，则相对较弱。从目前的观测来看，第25周期的太阳活动比较强烈。

  “这为我们提供了很好的研究样本。接下来，我们将根据这些数据和图像，对太阳剧烈运动的发生机制和能量释放过程、太阳磁场与太阳耀斑和日冕物质抛射的关系、太阳磁场的演化历程，以及太阳耀斑和日冕物质抛射的背后诱因等展开研究。”甘为群说。

  （记者 金 凤）