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壯觀 太陽活動周期正在逼近，這次的日全食超級壯觀，錯過可就可惜了( 二 )


強(qiáng)度較弱的噴發(fā)也很危險。1989年3月12日，由于日冕物質(zhì)拋射影響到地球，電網(wǎng)被燒毀，整個魁北克省停電，人們被困在電梯和隧道里，而這次事件的強(qiáng)度只相當(dāng)于卡林頓事件的一小部分。在軌道上，多顆衛(wèi)星暫時陷入黑暗或無法保持高度，當(dāng)天早些時候發(fā)射的發(fā)現(xiàn)號航天飛機(jī)上的傳感器也發(fā)生故障。
太陽活動對地球的影響被稱為“太空天氣”，多年來，科學(xué)家一直在微調(diào)如何預(yù)測太陽變危險的時間。更準(zhǔn)確地預(yù)測太陽風(fēng)暴，意味著可以更好地保護(hù)脆的弱基礎(chǔ)設(shè)施，就像天氣預(yù)報可以讓風(fēng)暴沿途的人們做好準(zhǔn)備一樣。
“我們無法阻止太陽上發(fā)生的事情，但如果我們有足夠的預(yù)警，就有希望通過切換替代電網(wǎng)，減輕破壞程度，”美國天文學(xué)會太陽物理學(xué)部的公共政策委員會主席、西肯塔基大學(xué)的Gordon Emslie說。
意識到太陽風(fēng)暴的破壞力后，2020年10月美國政府通過了《太空天氣研究與預(yù)報法》。這項法案要求政府各機(jī)構(gòu)共同合作，破解太空天氣謎題，提高預(yù)測能力。這意味優(yōu)先進(jìn)行基礎(chǔ)研究：太陽爆發(fā)是如何發(fā)生的，日冕物質(zhì)拋射如何穿越太空，同時設(shè)置各種監(jiān)測程序和衛(wèi)星。
“如果能觀察、分析微下?lián)舯┝鳌埦盹L(fēng)和颶風(fēng)，我們就能更好地了解這些現(xiàn)象，太空天氣也是這樣，”Emslie說。
太空機(jī)構(gòu)已經(jīng)在地面和軌道上設(shè)置了不少太陽觀測望遠(yuǎn)鏡，為我們帶來多種波長的觀測圖像。最近新增的兩艘航天器正在為科學(xué)家揭示太陽的正面情況。科學(xué)家已經(jīng)開始利用探測器提供的數(shù)據(jù)，揭開太陽的謎團(tuán)。

聚焦“營火”耀斑

2020年2月，歐洲航天局的太陽軌道飛行器發(fā)射升空，目前正在繞太陽運(yùn)行；它借助金星的引力，將自身推入可以看到太陽極點(diǎn)的軌道。現(xiàn)在，飛行器正忙于利用各種機(jī)載儀器，研究太陽，幫助我們了解它對地球的影響。
去年5月，這些相機(jī)觀測到，在太陽低層大氣中發(fā)生了約1500次微型耀斑，或者說，按照太陽的標(biāo)準(zhǔn)，這些耀斑屬于微型，因為有些耀斑會跨越整個星球。這些小型噴發(fā)持續(xù)了幾十秒，研究團(tuán)隊稱之為“營火”。

壯觀 太陽活動周期正在逼近，這次的日全食超級壯觀，錯過可就可惜了
文章插圖

2020年5月，歐洲航天局的太陽軌道飛行器拍下了這張高分辨率圖片，從中可以看到“營火”耀斑的特點(diǎn)，這或?qū)槲覀兘忾_長期以來的謎團(tuán)：為什么太陽上層大氣的溫度比表面高得多？供圖：SOLAR ORBITER/EUI TEAM/ ESA & NASA; CSL, IAS, MPS, PMOD/WRC, ROB, UCL/MSSL

“這是人為創(chuàng)造的觀察術(shù)語，描述的是在非常短的時間里爆發(fā)的非常小的耀斑，但它們到處都是，”歐洲航天局的太陽軌道飛行器項目的科學(xué)家Daniel Müller說。
營火發(fā)生在安靜的區(qū)域，磁場線扭曲、糾纏，像超過負(fù)載的橡皮筋一樣扭斷，就會發(fā)生營火。這些磁場線斷裂后重新連接，釋放出熱量，產(chǎn)生微小的耀斑。4月底，在歐洲地球科學(xué)聯(lián)合會的會議上，科學(xué)家宣布，這些營火釋放的能量足以解釋長久以來的謎團(tuán)。
太陽的表面溫度約5480度，日冕則高達(dá)100萬度。近一個世紀(jì)以來，太陽物理學(xué)家一直在試圖揭開這個謎。
“這就像是你離開壁爐，走到100米開外，突然變得非常熱，”Müller說：“怎么會這樣？”北京大學(xué)的陳亞杰領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊通過模擬悶燒的太陽表面，計算出這些營火產(chǎn)生的熱量足夠給日冕加溫。
“這些模型現(xiàn)在已經(jīng)較為完善，我們可以相信模型得出的結(jié)論，”Müller說：“模型顯示，我們研究的方向是正確的。”
這可能并不奇怪，NASA的Klimchuk說，營火似乎是一種更大的納米耀斑，即一種小型太陽爆炸。1988年，物理學(xué)家Eugene Parker提出了納米耀斑加熱日冕的模型。
新研究還有很多未能解釋的現(xiàn)象，包括營火發(fā)生在安靜的區(qū)域，并向太陽大氣釋放熱量，而納米耀斑發(fā)生在更高的地方，而且在活躍區(qū)域尤其猛烈。太陽軌道飛行器的觀測正在幫助科學(xué)家更好地理解這一現(xiàn)象。
但關(guān)于太陽，最亟待回答的問題是：它如何產(chǎn)生和控制磁場？
“這個一個非常重要的問題，”Leamon說，繞太陽運(yùn)行的航天器正準(zhǔn)備找出這個問題的答案。
太陽的磁場來自內(nèi)部深處高溫氣體的攪動，即所謂的“太陽發(fā)電機(jī)”。在這個系統(tǒng)中，磁場線在太陽表面噴發(fā)并擴(kuò)散。了解這一過程需要觀測太陽極點(diǎn)，由于將航天器推入極點(diǎn)觀察軌道需要能量，科學(xué)家很難開展這項研究。太陽軌道飛行器將在太陽的極點(diǎn)上空停留幾年時間，收集這片區(qū)域的數(shù)據(jù)，為我們帶來揭開這一謎團(tuán)的重要線索。
與此同時，NASA的帕克太陽探測器正在逼近太陽，甚至在太陽的上層大氣中進(jìn)進(jìn)出出，這意味著它將最先遭遇第25太陽周期。這也是科學(xué)家首次近距離研究太陽從沉睡中蘇醒，把帕克太陽探測器收集的信息與太陽活動對地球的影響結(jié)合起來。

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