太陽打個噴嚏，地球就感冒
2月10日，一名攝影師在瑞典帕亞拉拍攝美麗的極光
文/成劍霞
編輯/吳美娜
據國家空間天氣監測預警中心發布的信息，北京時間2月23日6時34分，太陽爆發了第25個太陽活動周期迄今強度最大的耀斑：X6.3級大耀斑，這一耀斑強度也打破了自2017年以來的耀斑爆發紀錄。
今年1月1日至2月23日，短短不到兩個月時間內太陽已經發生6個X級耀斑。
自1755年觀測到第一個太陽活動周期開始，人類現在正經歷第25個太陽活動周期的上升階段。可以預計，太陽活動將逐漸增加，太陽耀斑和日冕物質拋射發生的次數將越來越多。
太陽如此“活力四射”，會對我們的生活產生哪些具體影響？公眾和專業部門又該如何正確認識和應對？
科學防護，降低損害
根據以往研究，耀斑帶來的高能帶電粒子和強烈的電磁輻射如果對著地球，將會嚴重影響地球空間環境，干擾地球磁場和高空電離層，產生強烈的地磁暴，使得短波無線通信信號中斷；航空通信、全球定位系統信號，甚至手機通信等都有可能受到干擾；地面上長距離的高壓輸電系統和輸油管道也會受到影響。
例如，今年1月1日，新年第一天，太陽就爆發了一個X5.0級耀斑。本次X5.0級耀斑引起了地球電離層突然騷擾，主要造成太平洋區域短波通信中斷，頻率在30兆赫茲以下的信號丟失或中斷現象持續時間超過60分鐘。耀斑發生時，中國區域處于夜側，因此并未受到影響。
此外，在太空運行的人造衛星、宇宙飛船、太空站和高空飛行的飛機，受到來自太陽的高能帶電粒子襲擊，有時會造成一些零部件損壞；飛機和其他飛行器上的飛行員和宇航員，如果不加以防護，也會受到來自太陽的高能帶電粒子傷害。
有人會問，面對如此變化多端、威力巨大的太陽爆發活動，我們該如何保護自己？
不必太驚恐，因為大多數大級別太陽爆發事件并不是專門沖著地球而來的，換句話說，宇宙空間那么大，它沒必要專跟地球人過不去。
同時，地球還自帶“防毒面罩”——磁場，它幫助我們阻擋了絕大部分太陽爆發帶來的高能粒子流。
此外，專門的空間天氣研究也給我們提供了很大程度的心理保障。科研人員會通過各類太陽觀測設備，及時跟蹤太陽大氣的爆發活動，做好空間天氣預報預警工作。例如，特殊時段可以有選擇地關閉電網，及時調整飛機航線或衛星軌道，讓飛行員、宇航員和各類空間探測設備根據太陽活動的強度及走向情況，及時調整自身位置和活動方案，將太陽活動造成的影響降到最低限度。
太陽活動帶來的強烈地磁暴也不全是壞事，比如它可以讓我們欣賞到難得一見的極光。當太陽噴發出的帶電粒子以非常高的速度撞向地球時，地球的磁場會把它們吸引到南北兩極附近的高空，并和大氣層中的分子或原子發生碰撞，進而引起的激發和電離現象會產生美麗的光輝，這就是極光。
太陽活動知多少
太陽是離我們最近的恒星，我們除了能感受到它帶來的溫暖，也能覺察到它的“古怪和暴躁”。毫不夸張地說，太陽“打個噴嚏”，地球搞不好就得“感冒”。
太陽大氣中有很多活動體，較大的有黑子、光斑、譜斑、耀斑、日珥、日冕物質拋射、日面凝聚物等，其中最劇烈、對地球影響最大的是耀斑和日冕物質拋射。
耀斑是太陽大氣局部區域突然變亮的活動現象，常伴隨各個波段的輻射增加，它是太陽系內迄今觀測到的最激烈的活動事件之一，持續時間從幾分鐘到幾十分鐘不等。在短暫時間里，耀斑可釋放相當于上百億顆巨型氫彈同時爆炸釋放的能量，或十萬至百萬次強大火山爆發釋放的能量總和。而且，耀斑千姿百態，一般分為雙帶耀斑和致密耀斑。雙帶耀斑往往由兩條或多條亮帶組成，這些亮帶分別位于磁場中性線兩側，而致密耀斑經常只有一個亮核。
耀斑爆發頻率與黑子數量密切相關。科學家認為，2024年是太陽黑子“大年”。太陽黑子是在太陽的光球層上發生的一種太陽活動，是太陽活動的基本標志。黑子數量越多，則太陽活躍程度越高，太陽耀斑爆發的幾率也就越大。預計今后一段時間太陽爆發活動會越來越頻繁。
日冕物質拋射是太陽大氣中最劇烈、太陽系中尺度最大的活動現象。許多大型太陽爆發活動中，耀斑和日冕物質拋射是伴生的。太陽在持續幾小時的時間內將數百億噸攜帶著磁力線的、巨大的泡沫狀氣體物質從日冕拋射到行星際空間。
與耀斑爆發類似，日冕物質拋射也是太陽釋放能量的形式之一，是日冕大尺度磁場平衡遭到破壞的結果。被拋射出來的物質速度一般從每秒幾十公里到超過每秒1000公里，且波及范圍廣，宏觀上改變了日冕的形態和磁場位形。日冕物質拋射還會破壞太陽風的流動，改變太陽風的速度和強度。日冕層拋射出來的物質主要是由電子和質子組成的等離子體（此外還有少量的重元素，例如氦、氧和鐵），以及伴隨著的日冕磁場。
今年太陽爆發活動很頻繁
耀斑、日冕物質拋射等太陽爆發活動的巨大能量源自哪里？
一般認為來源于復雜的太陽磁場。太陽磁場中紐纏的磁結構，可以形象地把它想象成纏繞在一起的繩子。如果從繩子兩端向相反的方向使勁擰，繩子就會越繞越緊，達到一定程度發生形變，最終導致斷裂。
太陽上紐纏磁結構的耀斑爆發，就與此原理有點類似，當太陽上紐纏磁結構“擰緊”或“彎曲”到一定程度就會發生斷裂，形成新的磁結構，這就是磁重聯過程。磁重聯過程釋放出巨大能量，這些能量轉化為耀斑爆發過程中的非熱電子能量、等離子體熱能、物質動能等。
太陽爆發活動除了威力巨大外，還呈現明顯的周期變化——即著名的太陽活動11年周期。自1859年人類觀測到歷史上第一個有詳細記錄的太陽耀斑（“卡林頓事件”）至今，人類對太陽耀斑的研究已有超過160年歷史。多年的研究發現，太陽爆發活動呈現大約11年的周期變化特征（并不是嚴格的11年，時間跨度9到14年不等）。
太陽活動周期開始時，太陽活動很少，隨著時間推移逐漸增強，到了周期末期又趨于平靜。自1755年第一個太陽活動周期開始，人類現在正處于第25個太陽活動周期。
據中國科學院國家空間科學中心和國際太陽活動預報小組的預測，2024年將是第25個太陽活動周期峰年，后續爆發活動會越來越頻繁。活躍期過后，太陽會再次進入較平靜的時期，爆發的頻率將逐漸降低。
（作者系中國科學院上海天文臺天文地球動力學研究中心副研究員）
