书城自然科学发现之旅:太空百态
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第3章 耀斑

游侠引言:

耀斑是经常和太阳黑子一起出现的一个词。它也是太阳上经常出现的一种现象。那么耀斑也和太阳黑子一样是小黑点吗?耀斑是怎样形成的,它能用肉眼直接观测到吗?带着这些问题下面我们一起来看一看太阳的另一种活动--耀斑。

正文

我们都知道太阳石由很多气体组成的,太阳大气非常不稳定。当太阳大气在短暂的时间内突然释放出大量能量,而引起太阳的局部区域瞬间发亮,并迅速增强的现象就称为耀斑。不是所有太阳局部发亮都叫耀斑,一般来说,亮面超过3亿平方千米的才称为耀斑,不到3亿平方千米的称为亚耀斑。耀斑按面积分为4级,由1级至4级逐渐增强,小于1级的称亚耀斑。在耀斑级别后加f、n、b分别表示该耀斑在H线中极大亮度是弱的。由此4b为最大最亮的耀斑,而1f为最小最暗的。

耀斑

太阳耀斑是太阳活动的一种最剧烈的形式。别以为它只是一个亮点而已,它一旦出现,释放的能量是相当惊人的。在约100~1000秒内能释放出103焦耳的热量。这亮点释放的能量相当于10万至100万次强火山爆发的总能量,或相当于上百亿枚百吨级氢弹的爆炸;而一个特大的耀斑释放的总能量高达1026焦耳,相当于100亿颗百万吨级氢弹爆炸的总能量。耀斑发生的过程忠还伴随着各种电磁辐射以及粒子(质子、中子、电子)辐射的突然增多。一般认为发生在太阳色球层中,所以也叫"色球爆发",并且常常伴随着大量的太阳黑子群。耀斑现象一般要通过色球望远镜才可以观测到。耀斑发生的整个过程可维持几分钟、几个小时、甚至1天,特别是在太阳活动峰年,耀斑出现频繁且强度变强。

一年中大耀斑出现的频数随其在11年周期中的位置和活动周大小有很大不同。1957-1958年是太阳或动极大年,这段时间中每年出现的超过3级的大耀斑有20~30个,而在上个极大年仅7~8个。

太阳耀斑

1859年9月1日,两位英国的天文学家分别用高倍望远镜观测到一大群形态复杂的太阳黑子群。这些太阳黑子附近有一大片光亮区能发出耀眼光芒。这片光掠过黑子群,亮度逐渐减弱,直至消失。这就是耀斑,太阳上最为强烈的活动现象。这次的耀斑是极其罕见的白光耀斑,特别强大,在白光中也可以见到。太阳耀斑一般通过白光是观测不到的,只有通过Hα 线和电离钙的H、K线才能观测到。但有时在Hα 线所看到的亮区中的一些更小的区域,通过白光也能看到它的突然增高现象﹐持续时间大约几分钟,这就是白光耀斑。白光耀斑仅仅在太阳活动高峰时才有可能出现,从这次出现以后,迄今只观测到30多次白光耀斑。耀斑的寿命并不是很长,一般只存在几分钟,个别的能长达几小时。白光耀斑一般也就持续几分钟。

耀斑爆发

辐射的种类繁多是耀斑的主要特征,辐射的射线中不仅有可见光,还有射电波、紫外线、红外线、X射线和伽玛射线以及冲击波和高能粒子流,甚至有能量特高的宇宙射线等等。这些大量的射线,对地球空间环境影响很大。太阳色球层中一声爆炸,地球大气层就会立即被干扰。耀斑爆发出的大量的高能粒子到达地球轨道附近时,将会严重危及宇宙飞行器内的宇航员和仪器的安全。到达地球之后,与大气分子发生剧烈碰撞,破坏电离层,会严重干扰电离层对电波的吸收和反射作用。无线电通信以及电视台、电台广播,都会受到不同程度的干扰。尤其是短波,它会被全部或部分吸收掉,造成短波衰弱甚至中断。高能电粒子流还可以与地球高层大气作用,产生极光,并干扰地球磁场引起磁暴。

磁暴

关于耀斑对无线电通讯的干扰,还有一个小故事呢。据说,在二战时,一天,德国前线正与其他国家开战,后方德军司令部着正靠无线电指挥与前线联系,并指挥作战。报务员布鲁克正忙碌着操纵无线电台,传达命令。突然,耳机里所有的声音都消失了。他仔细地检查了一遍机器,电台没有任何问题。他又拨动了几次旋钮,改变频率,仍是没有一点声音。结果,前线失去联系,陷入了一片混乱,战役最终以失败而告终。布鲁克因此被送上了军事法庭判处死刑。他临死前一直大喊"冤枉!冤枉!"后来这件事情被查清了,原来无线电中断的"罪魁祸首"是耀斑。布鲁克的死,实在冤枉。他的死,在于人们当时对耀斑还不了解。

〔问题在线〕:

耀斑对地球空间环境以及地球上生存的生物都有很大影响,那么耀斑一共有几种,都是哪几种呢?

〔专家释疑〕:

耀斑一般可分为耀斑和亚耀斑,耀斑的增亮面积一般都超过3亿平方千米,而面积小于3亿平方千米的则叫亚耀斑。随着研究的不断深入,天文学家又将耀斑分为:光学耀斑、X光学耀斑和白光耀耀斑。光学耀斑发射可见光增强辐射,并可用单色光观测到。而光耀斑则是用X光观测到的。通常白光耀斑与大耀斑相对应,大多数也是发射高能粒子流、远紫外射线、硬 X射线(有时还有γ射线)以及强射电爆发的质子耀斑或宇宙线耀斑。不过白光耀斑的发亮区往往有两块,发生时间与耀斑的闪光相一致,也就和硬X射线、远紫外射线以及微波射电爆发的时间一致。白光亮块消失后,有时在双带耀斑的边缘部位也出现白光增亮。同时,这种白光边缘会以每秒40公里左右的速度运动,这种现象称为白光耀斑波。不过白光耀斑非常罕见,而且其发射机制现在也不太清楚。

〔探索指南〕:

我们上面提到了,发生耀斑时放出的大量粒子,对地球空间环境影响很大。此外,耀斑还可以直接或间接不同程度地影响气象和水文等方面。正是如此,人们对耀斑爆发的探测和预报的关切程度与日俱增,科学家正在深入地研究。相信不仅的将来我们通过人类不懈的努力我们一定能解开耀斑迷宫的奥秘。