太阳耀斑是怎么形成的？

太阳耀斑是太阳上最为剧烈的活动现象。当大耀斑爆发后,会直接影响地球的空间环境,例如可引起无线电短波通信中断的地球电离层扰动现象,还可引起地磁暴、极光等地球物理现象;伴随耀斑爆发产生的高能粒子流还可能对航天飞行器造成威胁。研究耀斑发生的原因、准确预报太阳活动,一直是太阳物理工作者的重大研究课题。人们最初对太阳耀斑的认识说来有点可笑。1859年9月1日,英国天文学家卡林顿和霍奇森在观测太阳黑子时发现,在一个大黑子群上空突然出现了一个非常明亮的斑点,几秒钟内便迅速扩大为纤维状结构,呈现出两个光耀夺目的新月形闪光,并很快变成耀眼的一片;约五分钟后亮斑已没有一点痕迹。他们当时猜想是一颗大陨星坠入太阳而引起的。

太阳耀斑是怎么形成的？

随着观测手段的进步,人们认识到耀斑是一种常见的而且是最剧烈的太阳活动现象。在观测上,太阳罐斑表现为从无线电波段直到X射线的辐射通量的突然增强,同时伴有大量高能粒子和等离子体喷发。耀斑最突出的特征是来势猛,能量大,在短短的一、二十分钟内,可以释放出高达1023~102°焦耳的巨额能量,相当于100亿颗百万吨级氢弹爆炸的总数量。现在一般把日面增亮面积超过3亿平方公里的称为耀斑,不到3亿平方公里的称为“亚耀斑”。耀斑从小到大可分为四个级别。人们还常常把伴随有X射线爆发的耀斑称为X射线耀斑,把与高能带电粒子(主要是质子)共生的耀斑称为质子耀斑,把用色球单色光谱线观测到的在暗条(日珥在日面上的投影)两旁呈双带状发亮的耀斑称为双带耀斑,把在可见光波段看到的耀斑叫光学耀斑,等等。

观测表明,耀斑和黑子有着十分密切的关系。太阳黑子具有很强的磁场,其强度在1,000~4,500高斯之间。黑子磁场结构比较复杂而且是变化的,其变化方式有三,即每小时改变0.4~18高斯;每小时改变18~180高斯,每小时变化180高斯以上的称为特快速变化。绝大多数的耀斑常发生在太阳黑子上空,人们很自然地把它和黑子联系起来研究。在理论上,人们认为,耀斑很可能是极性不同的磁场交错在一起并互相抵消的结果,但耀斑本身决不是热核能。耀斑与黑子以及暗条等活动客体的内在联系,均体现在与磁场的关系上。本世纪70年代,有科学家提出一种理论,即在太阳大气中既有封闭磁场,又有开放磁场的倒Y形区域理论。科学家认为,在磁场中性点附近,磁场的不稳定性导致磁力线可以再联结产生耀斑,联接过程中释放出巨大能量,并且分别形成向上和沿着弧形轨道向下的粒子流。1974年,美国“天空实验室”的宇航员所提供的观测资料,初步验证了这一理论比较合理。他们当时的观测表明,耀斑的爆发源在日冕(而不是以往所认为的色球)中的微小核心,由它发射的粒子流沿环形轨道向下,一直冲击到太阳表面,在此过程中产生耀斑的可见光辐射。

近年来,根据多方面观测结果,一些天文学家提出了一种“磁环折断”理论。在大耀斑出现之前的几天里,太阳低层大气里的活动“推拿”并扭转凸出于日面的磁环,在某一瞬间,由于压力增大,磁环被折断,使大量的电子和质子加速,沿着磁力线做螺旋运动,发射电磁辐射,并加热磁环底部的大气。在由此形成的强压力向上驱动之下,温度为几百万度的物质将充满耀斑环,使它发出炽热的强X射线,与此同时,环的较低部分在紫外线和可见光波段也熠熠生光。当粒子加速中止后,耀斑环回到它原来的状态,高能辐射亦停止。

迄今为止,尚无比较完善的耀斑理论,为了揭开太阳之谜,天文学家仍在深入研究耀斑发生的过程和原因。