太阳耀斑

耀斑是太阳表面最强烈的,也是对地球影响最大的一种活动现象。1859年9月1日,两位英国天文学家卡林顿和霍德逊在观测太阳时,看到在一个大黑子群附近有一大片新月形的明亮闪光以每秒100多千米的速度掠过黑子群,然后很快消失了。不久以后,电讯中断,地磁台记录到强烈的地磁暴。在当天和第二天,地球上高纬度地区的人们看到了非常明亮而又绚丽的极光现象。这就是人类第一次观测到的太阳耀斑现象。然而,当时的科学家还不知道这是太阳耀斑爆发了,只是一连串的意外事件使他们感到十分震惊,并且从此开始了对太阳表面这种突然事件的探索和研究。

但是,几十年过去了,人们却再也没有看到过太阳表面的这种突发事件。这个事实使科学家们想到,是由于太阳光球的光太强而把其它现象淹没了。于是他们想到了制造一种特殊的太阳望远镜,把其它波长的光都滤掉,只让某一种波长的光通过。这种办法果然灵验,1892年7月,美国天文学家海耳用他自己研制的太阳单色光照相仪,首次观测到了太阳耀斑。当时人们称之为“爆燃的火焰”,太阳耀斑这个名词是到了20世纪50年代才有的。

经过100多年不断的观测和研究,科学家们对太阳耀斑已经有了比较深入的认识。

耀斑的最大特点是来势猛,能量大。发生的很突然,消失的又很快。一般只存在几分钟,十几分钟,极个别的能持续几个小时。在短短一二十分钟内耀斑释放出巨大的能量。以前,人们以为耀斑是太阳色球爆发现象。现在已经认识到,问题要复杂得多。实际上,耀斑是产生在太阳大气中一个立体的活动区,这个活动区是从太阳光球的黑子群、光斑,向上到色球的日珥、谱斑,最后直到日冕区,由磁力线和物质运动将它们贯穿起来的一个复杂的变化区。这个复杂的太阳活动区就是太阳耀斑的发源地。因此,人们早就发现耀斑和黑子有着密切的关系,在大的黑子群上面,很容易出现耀斑。小型耀斑伴随着太阳黑子的出现,经常能见。但像人类首次发现的在白光中也能看见的特大耀班,就非常罕见了,只有在太阳活动峰年时才可能出现,人们称这类耀班为“白光耀斑”。

耀斑对地球有巨大影响,因为太阳耀斑爆发的时候,会同时发出强烈的紫外线、X射线、γ射线,还有红外线、射电波、冲击波和高能粒子流,等等。太阳高能带电粒子流到达地球附近时,闯入地球高层大气,与地球大气分子或原子发生剧烈碰撞,产生美丽的极光。同时太阳高能粒子流也会将地球大气层中的电离层扰乱,使之失去反射无线电波的功能。所以地球上的无线电通讯,电视台和广播电台的信号传播,都会受到干扰甚至中断。

第二次世界大战中,德军司令部有一个无线电报务员名叫布鲁克,他在执行任务的时候突然通讯中断,信息不通,贻误了战机,导致战斗的失败。布鲁克因此被军事法庭判处死刑。然而,后来的调查结果表明,那次事故完全是由太阳耀斑爆发造成的。太阳高能粒子流也会对宇宙飞行器以及宇航员的人身安全造成严重的威胁。因此,人类在发射各种卫星或空间探测器时都要考虑是否会有太阳耀斑爆发的影响。另外,太阳耀斑爆发与地面宏观气象变化,降雨量的多少等都有一定关系。正因为太阳耀斑爆发对人类的生活和各种活动有许多影响。因此,耀斑受到了天文学家特殊的重视,成为当代太阳研究的主要课题之一。

太阳耀斑因其释放的能量大,对地球造成的影响大,所以受到人类的重视。然而,实际上,太阳耀斑释放的能量与相同面积的太阳宁静区域的能量辐射相比,只有十分之一到百分之一。在同一个时段内,一个相当大的耀斑的能量释放,要与整个太阳的能量辐射相比的话,那就仅占十万分之一了。这是天文学家经过详细计算得出的结果。大耀斑之所以会对地球造成很大的影响,是因为耀斑的能量释放主要集中在几个波段。比如,一个大耀斑可以使整个太阳的X射线辐射强度增强1000倍,使射电波某个波段的辐射强度增强100倍,使Hα光的辐射增强十几倍。

耀斑给我们提出了一系列难题：耀斑的巨大能量从何而来? 它们是怎样产生的？又是怎样被加热到几千万K甚至上亿K的高温？这巨大能量又怎么会在一瞬间突然释放出来? 等等。有关耀斑的一系列问题,目前还没有一个能够得到大家公认的解释。比较流行的理论是,当太阳活动区磁场湮灭或者磁场状态改变的时候所释放出的能量,就是太阳耀斑的能量来源。当然要把有关耀斑的问题都解释清楚,还不是一朝一夕的事情。