环形耀斑与日冕变暗有关？ 太阳爆发活动都是“团伙作案”

在黑暗而寒冷的空间里，如果“燃烧”的太阳没有带来光和热，地球将会寂静无声。

然而，性格暴戾的太阳也会不时给我们带来一点麻烦。太阳大气层的局部区域将在短时间内释放大量能量，这就是我们通常所说的太阳耀斑。

太阳耀斑不仅造成局部地区瞬时发热，而且还向外发射各种电磁辐射，伴随着粒子辐射的突然增强，从而影响地球的通信、导航甚至航空航天。

中国科学院紫金山天文台的研究人员与国内同行合作，利用美国太阳动力学天文台卫星携带的大气成像仪和太阳地震磁成像仪的多波段观测数据，对2015年10月16日发生在编号为12434的活动区的一次M级环形耀斑进行了详细研究。发现在耀斑区及其附近没有明显的暗化，但远日冕暗化发生在距耀斑约180，000公里的安静区。最近，研究结果发表在《天文学和天体物理学》杂志上。

科学家对环形耀斑知之甚少，对环形耀斑和日冕暗化之间关系的研究也非常缺乏。两者同时出现引起了科学界的注意。耀斑和其他太阳大气现象之间还有其他关联吗？日冕变暗意味着什么？在大面积的黑暗区域，材料去哪里了？

强烈的能量释放过程

太阳看起来像一个耀眼的火球。天文望远镜诞生后，科学家可以逐渐开始研究太阳发出的光，研究太阳表面的太阳黑子，并在日食期间观察日冕。

直到1859年，英国天文学家理查德·卡灵顿在观察太阳时追踪到一个巨大的太阳黑子。他观察到了一个前所未有的现象:一个强烈而明亮的“白光耀斑”围绕着整个太阳黑子移动了大约5分钟，然后完全消失了。

这是人类第一次观测到太阳耀斑。它们被称为耀斑，因为它们看起来是非常明亮的区域，温度高达几千万摄氏度，持续几个小时。太阳耀斑是一种强烈的能量释放过程，发生在太阳大气的局部区域，通常在太阳黑子周围的活跃区域，是太阳大气活动的重要形式之一中国科学院紫金山天文台副研究员张青民告诉《科学日报》。

耀斑的能量相当惊人。耀斑释放的总能量可以达到1022-1025焦耳，相当于1500-1500亿颗广岛原子弹同时爆炸释放的能量。耀斑的能量来自太阳表面积累的磁场*能。在短时间内，这种能量通过一种称为磁场重联的机制迅速转化为热能、动能和等离子体辐射能，并产生大量高能粒子。

现在，科学家已经能够通过地面和太空中的大型太阳望远镜观测到射电、红外、可见光、紫外线甚至伽马射线中的耀斑。

目前，人们观察到的规则形状的耀斑包括两种类型，一种是双波段耀斑，这是最常见和最成熟的耀斑类型。它们在太阳低层大气中呈现两个近似平行的亮带，在日冕中呈现一个拱形热环。另一个是环形耀斑，它是美国太阳过渡带和日冕探测器发现的一种特殊耀斑。它通常由一个圆形或椭圆形亮带和一个密集的亮带组成。

各种活动都是相互关联的

对太阳来说，耀斑不是孤立存在的，太阳大气层中的各种活动彼此密切相关。例如，太阳黑子释放磁能时会产生耀斑，耀斑通常与日冕密切相关。

统计研究表明，能量较高的耀斑更有可能伴随着太阳表面的另一种喷发活动——日冕物质抛射。顾名思义，日冕物质抛射是指日冕在很短的时间内将大量磁化等离子体喷入行星际空间的过程。这些等离子体的质量可以达到100亿吨，最高速度可以达到3000千米/秒。

因此，科学家称这些耀斑伴有日冕物质抛射爆炸耀斑，而没有日冕物质抛射的耀斑称为封闭耀斑。这也直接反映了耀斑的能量水平。事实上，耀斑和日冕物质抛射是太阳表面最强烈和最具能量的爆发，也是灾难性空间天气的重要来源。

耀斑、日冕物质抛射和磁化等离子体产生的高能辐射，在长途旅行后到达地球时，会对地球周围的磁场和电离层产生强烈的干扰，从而影响航天器、通信和导航。

日冕变暗也是另一个与太阳耀斑爆炸或日冕物质抛射有关的大规模活动。

已经观察到，日冕的变暗表现为在极紫外和软X射线带中局部日冕辐射的快速变暗和缓慢恢复，并且整个过程可以持续几个小时到十多个小时。日冕的黑暗区域迅速扩张，然后缓慢收缩，最大面积达到数万平方米。

“日冕暗化主要是由耀斑和日冕物质抛射引起的密度降低引起的，所以我们可以根据日冕暗化的光谱变化粗略估计日冕物质抛射带走的物质。”张青民说。

科学家们认为日冕暗化的研究对空间天气预警和预报有一定的指导意义，但对环形耀斑和日冕暗化之间关系的研究还很缺乏。

或者由于该区域中材料密度降低

在这项研究中，科学家们发现耀斑和远日冕的黑暗区域是由大规模闭合磁力线连接的，证明了这两者是紧密相连的。

根据专家的说法，遥远的日冕变暗的过程大致分为三个阶段:首先，在耀斑硬X射线到达其峰值前几分钟，发生一次微弱的变暗；此后，又长又窄的远日冕变暗，这在几乎所有的极紫外波段都可以观察到，而耀斑区本身并没有显著变化。随后，大面积的变暗逐渐向东南方向延伸，面积缓慢增加，一些变暗区域的最大相对亮度下降了90%；最后，变暗区域逐渐减小。

据估计，整个进化过程持续约8个小时。同时，远日冕暗化的特征，如面积、亮度和持续时间，与日冕物质抛射引起的暗化非常接近。

"这一发现不同于以前的观察，很难用现有的理论做出完美的解释。"张青民认为，遥远的日冕变暗的原因可能是这些地区物质密度的下降，而不是温度的变化。

从那以后，研究人员发现了几起类似的事件，表明这种现象不是一个例子。

然而，为什么耀斑会引起太阳大气的变化？失踪的物质去了哪里？这仍然是一个未解之谜。

耀斑和日冕物质抛射都会对地球产生巨大影响。理查德·卡灵顿第一次观测到耀斑大约18小时后，地球上出现了有记录以来最大的磁暴。极光已经在世界各地被观察到。在靠近赤道的地区，如古巴和夏威夷，人们称他们看到的极光为“绿色窗帘”。当电报断开时，它会因感应电流而振动。

如果今天发生这样的事件，大量的电力和电子基础设施将遭受毁灭性的打击，造成高达数万亿美元的损失。

只有一种方法可以准确预测和减轻太空天气事件造成的损害——确切地了解太阳表面正在发生什么，这项研究是我们进一步了解这个脾气不好的邻居的又一个步骤。(记者张晔)