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X8.7级!太阳爆发十余年来最强耀斑 能量究竟有多大?|封面科考队

封面新闻记者 张峥

大自然的力量超出人类想象。

最近,太阳耀斑、地磁暴、极光频频光顾热搜头条。我们肉眼可见的极光因为地磁暴引起,地磁暴与太阳耀斑密切相关,而太阳耀斑是什么?有人会问:一个X级别的太阳耀斑能爆发多大的能量?对我们有多大的影响?

北京时间5月15日,太阳继续爆发出惊人的能量。在太阳活动区13664转到日面西边时,绽放出一次X8.7级告别“大烟花”,这是自2013年起,11年来,太阳爆发的最大级别的太阳耀斑。“如果按照每个氢弹释放的能量为10的17次方计算,如果X8.7级太阳耀斑持续10分钟,就相当于有60万个氢弹爆炸。”中国科学院国家空间科学中心研究员孙志斌15日接受封面新闻采访时如是说。

而这还并不是宇宙最骇人的力量。太阳耀斑是太阳系里能量释放最厉害的形式,但在宇宙里仍然不算啥,伽玛暴能量远超太阳耀斑许多个量级。所以,人类的氢弹、原子弹在大自然发威面前只能是小儿科……

13664爆发X8.7耀斑(SDO卫星,世界时)

X8.7级耀斑能量有多大?

太阳X射线耀斑分成五级——A、B、C、M、X,所释放能量依次增大10倍,X级耀斑则为大耀斑。

5月15日,国家空间天气监测预警中心北京时间5月15日00时51分,太阳活动区13664爆发耀斑活动,耀斑的峰值强度为X8.7级,达到大耀斑等级。至此,活动区13664在过去一周内连续爆发了10次X级耀斑,而且,此次爆发还刷新了当前第25太阳活动周的最强耀斑纪录。由于此次爆发时间处于我国夜间,因此对我国区域电离层影响不大。

X8.7级太阳耀斑是指在地球位置处辐射的峰值能流为0.00087瓦每平方米。接近0.001W/m^2,孙志斌表示,“如果X级太阳耀斑半径大于500万公里,这样每秒种相当于释放能量大约为10的20次方焦耳的能量,如果按照每个氢弹释放的能量为10的17次方计算,也就相当于每秒大概有1000个氢弹的能量。如果X8.7级持续10分钟,就相当于有60万个氢弹。

13664区域 一周不到爆发11次X级耀斑

5月以来,太阳活动出现了两大活动区域,13663、13664,这两个区域一前一后,连续爆发数个X级别耀斑。5月3日到8日,太阳有5次X级耀斑均为活动区13663产生,且没有伴随明显的日冕物质抛射。但是5月8号以后,13664后来居上,5月8日-14日之间,一周不到爆发了11次X级耀斑,5月15日更是爆发X8.7级耀斑,为太阳第25个活动周期之最。

13664区域为何如此活跃?

太阳活动区主要由磁场和等离子体组成。磁场复杂的结构中储存了大量的磁能,而等离子体则是太阳大气中的主要物质成分,它们在磁场的作用下可以产生强烈的耀斑爆发。

当太阳活动区的磁场中储存了太多的磁能时,会通过太阳爆发释放能量,形成耀斑。耀斑是太阳大气中发生的最强烈的爆发现象,是磁能迅速释放的过程。由于13664区域的磁场结构复杂,使得该区域更容易储存和迅速释放大量的磁能,从而产生强烈的耀斑。”孙志斌解释。太阳活动区13664被天文学家归为β-γ-δ类型,表明其磁场结构极为复杂。这种复杂的磁场结构为储存大量的磁能提供了条件,也是产生强烈耀斑的重要因素。“该区域在短时间内爆发了多次X级强耀斑活动,显示出其高度的活跃性。”

接下来太阳还会不会爆发更大耀斑?

今年是太阳活动峰年,接下来太阳还会不会爆发更大耀斑?孙志斌解释,太阳目前在其面向地球的一侧有多个活跃区域。这些活跃区域是太阳活动现象发生的地方,可能包括太阳黑子、耀斑等活动。

“根据历史数据和太阳活动的周期性,太阳耀斑的爆发是难以预测的,但它们确实有可能在未来再次发生。太阳目前处于其第25个活动周期中,因此太阳耀斑事件需要持续监测。预测具体的爆发时间和强度仍然具有挑战性,因为这需要深入理解太阳的内部机制和磁场变化。”

太阳活动对地球的具体影响取决于多种因素,包括耀斑的强度、位置以及是否伴随日冕物质抛射等。在极端情况下,强烈的太阳活动可能导致地球磁场和大气层的扰动。

那么,13664区域还会不会继续活跃?“目前,太阳活动区13664在经历了一段时间的频繁和强烈活动后,随着太阳的自转,已经逐渐转出了可见日面。这意味着该区域的活动可能已经逐渐减弱或停止,至少从地球上观测到的活动已经减少。然而,太阳活动的具体情况和未来趋势仍然需要专业的天文观测和数据分析来进行预测。”孙志斌表示。

太阳耀斑会不会导致空间站轨道下降?

太阳耀斑释放的大量高能带电粒子可能会对地球磁场和大气层产生影响,从而影响到近地轨道的航天器。

最近太阳活动的确比较频繁,爆发了多个X级和M级耀斑。这些耀斑释放的能量和高能粒子流可能会对地球环境产生一系列影响,包括地磁暴、极光现象以及可能对卫星和空间站等航天器的运行造成干扰。

太阳耀斑的爆发会不会导致空间站轨道下降?孙志斌解释,中国空间站的运行轨道下降有多方面原因,即使没有太阳耀斑也会下降,只是下降的速度快慢不同,通常会有相应的应对措施。例如,空间站的货运飞船可以启动发动机来调整轨道高度,以确保空间站的安全运行。

需要警惕的是,在太阳爆发高峰期,宇航员禁止出舱活动,减少航天员工作任务。

中国空间站的轨道高度大约在400到450公里左右。如果太阳活动剧烈,可以降低轨道高度到350公里左右,可以减少太阳耀斑对空间站影响。

太阳耀斑还有哪些影响?

截至5月15日,5月总共产生了至少17次X级耀斑。

这些耀斑对地球产生了哪些影响?

首先电离层扰动,太阳耀斑爆发时,会引起向阳面地球电离层的扰动,从而影响导航定位系统、航空通信、短波通讯等。这种扰动可能导致通信质量下降或中断,需要通信系统通过调整通信频率或改变通信方式来应对。

高能粒子威胁。太阳耀斑爆发可能伴随太阳质子事件,大量的高能粒子到达地球附近,可能会毁坏地球轨道上的卫星,威胁宇航员的生命安全。然而,实际上只有很小一部分能够到达地球附近,加上地球有自身磁场的保护,因此对人类健康几乎没有影响。

日冕物质抛射。某些类型的耀斑,如爆发式耀斑,可能伴随日冕物质抛射。当这些抛射物到达地球附近时,会引起地球磁场扰动甚至地磁暴,这可能影响长距离输电网、输油管线以及卫星发射活动,尤其对低轨卫星的影响更大。

极光。虽然这不是对地球的直接负面影响,但太阳耀斑的频繁活动确实为我们带来了美丽的极光。

比耀斑更强的王者——伽马暴

耀斑爆发的能量惊人,殊不知还有比它更厉害的对手。那就是深藏在宇宙深处的伽马暴——宇宙大爆炸之后最剧烈的爆炸现象。

“一次伽玛射线暴可能相当于燃烧了十多个太阳。”

约20亿年前,一颗比太阳重20多倍的“超级太阳”大质量恒星,燃烧完其核聚变燃料,瞬间坍缩引发巨大的爆炸火球,发出了一个持续几百秒的巨大“宇宙烟花”伽马射线暴。火球与星际物质碰撞产生的大量万亿电子伏特高能伽马光子穿过茫茫宇宙,径直飞向地球。2022年10月9日21时20分50秒,这些伽马光子抵达建设在四川的大科学装置——高海拔宇宙线观测站“拉索”的视场范围,其中,6万多个伽马光子被“拉索”收集到。这种能量级别远远超过了太阳耀斑所能释放的能量。

不过,为什么伽玛暴发生时普通人没有直观感受?孙志斌解释,这是因为伽马暴通常发生在遥远的宇宙中,距离地球数十亿光年之外。“由于距离遥远,伽马暴对地球产生的直接影响非常有限。即使伽马暴的能量巨大,但在传播过程中会逐渐衰减,因此到达地球时的能量已经大大减弱。”

其次是地球大气层的保护作用,地球的大气层对宇宙射线具有一定的屏蔽作用。“当伽马射线穿过大气层时,会与大气中的分子发生相互作用,从而减弱其强度。这也是为什么我们在地面上无法直接感受到伽马暴的强烈辐射。”

第三是,伽马暴的持续时间通常很短,可能只有几毫秒到几千秒。“这样短暂的时间使得伽马暴对地球的影响更加有限,因为即使其能量巨大,但在短时间内对地球的影响并不会持续累积。”返回搜狐,查看更多

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