“夸父一號”衛(wèi)星觀測到萊曼阿爾法新波段下的X5.0級耀斑,藍(lán)色全日面為寧靜太陽的萊曼阿爾法波段輻射,左側(cè)的白色亮點(diǎn)為耀斑爆發(fā)時(shí)萊曼阿爾法輻射增強(qiáng)。中國科學(xué)院紫金山天文臺供圖
2024年1月1日,新年第一天,太陽在5時(shí)55分時(shí)爆發(fā)了一個(gè)X5.0級強(qiáng)耀斑,中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心(以下簡稱空間中心)、國家空間天氣監(jiān)測預(yù)警中心均發(fā)布耀斑橙色預(yù)警。
空間中心判斷,本次X5.0級耀斑事件由位于日面東邊緣的活動區(qū)AR3536(N05E75)爆發(fā)產(chǎn)生。當(dāng)前該活動區(qū)比較活躍,后續(xù)仍有爆發(fā)的可能。
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(qū)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(xiàn)象持續(xù)時(shí)間超過60分鐘。耀斑發(fā)生時(shí),中國區(qū)域處于夜側(cè),因此并未受到影響。
針對此次強(qiáng)耀斑事件,《中國科學(xué)報(bào)》對空間中心研究員鐘秋珍和副研究員李志濤進(jìn)行了專訪。
本次活動周以來“最強(qiáng)耀斑”,相當(dāng)于10萬次強(qiáng)火山爆發(fā)
《中國科學(xué)報(bào)》:X5.0級的強(qiáng)耀斑有多強(qiáng)?
李志濤:目前,國際上按照軟X射線峰值流量的量級,將太陽X射線耀斑分成五級——A、B、C、M、X,所釋放能量依次增大10倍。C級以下的耀斑均為小耀斑,M級耀斑為中等耀斑,X級耀斑則為大耀斑。
各等級后面的數(shù)值表示X射線峰值流量的具體數(shù)值。X5.0級表示耀斑軟X射線峰值流量為每平方米釋放5.0×10-4瓦。X級耀斑能釋放出1025焦耳的巨大能量,相當(dāng)于幾十億顆巨型氫彈同時(shí)爆炸釋放的能量,或者10萬次強(qiáng)火山爆發(fā)釋放的能量總和。由此可見耀斑的威力之大。
《中國科學(xué)報(bào)》:2023年似乎有很多太陽爆發(fā)活動,比如2023年初,太陽在6天內(nèi)連續(xù)爆發(fā)3次X級耀斑,2023年12月又爆發(fā)了一次X2.8級大耀斑。目前太陽活動和耀斑爆發(fā)頻率是否已經(jīng)達(dá)到高峰?
李志濤:從長期來看,太陽活動具有11年左右的周期性。第25太陽活動周起始于2019年12月,根據(jù)對太陽黑子的監(jiān)測以及空間中心和國際太陽活動預(yù)報(bào)小組的預(yù)測,2024年將迎來第25太陽活動周峰年。
目前太陽活動水平處于高位,太陽黑子日益增多,日面上不斷出現(xiàn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大黑子群,爆發(fā)頻繁,像2023年12月14日的X2.8級、本次的X5.0級,是本活動周以來最強(qiáng)級別的耀斑。
會向地球發(fā)起“三輪攻擊”,但對人類健康基本無害
《中國科學(xué)報(bào)》:太陽強(qiáng)耀斑為什么會影響通信信號?
李志濤:太陽耀斑是發(fā)生在太陽大氣局部區(qū)域的一種劇烈的爆發(fā)現(xiàn)象,幾乎全波段的電磁輻射都會隨之增強(qiáng)。強(qiáng)的耀斑往往伴隨高能帶電粒子流和等離子體云的噴射,當(dāng)它們朝向地球時(shí),可能會對地球發(fā)起“三輪攻擊”。
第一輪出現(xiàn)在耀斑爆發(fā)的8分鐘后。強(qiáng)烈的電磁輻射會以光速抵達(dá)地球空間,直接進(jìn)入電離層和高層大氣,使電離層中的電子濃度急劇增大,引發(fā)電離層突然騷擾,可導(dǎo)致短波無線電信號衰落,甚至中斷。
第二輪攻擊大約出現(xiàn)在耀斑爆發(fā)的幾十分鐘后。比炮彈快萬倍以上的高能帶電粒子流到達(dá)地球空間,發(fā)生太陽質(zhì)子事件,可能給空間飛行器帶來危害,也可能威脅執(zhí)行任務(wù)的航天員的生命安全。
第三輪攻擊會出現(xiàn)在耀斑爆發(fā)的1至4天。高速等離子體云,即日冕物質(zhì)拋射會攜帶磁場到達(dá)地球附近,引發(fā)地磁暴、電離層暴、熱層暴等,可損壞衛(wèi)星、電網(wǎng)、通信、導(dǎo)航等。
《中國科學(xué)報(bào)》:網(wǎng)上有人說“耀斑還可能對人類健康產(chǎn)生一定影響,如增加癌癥風(fēng)險(xiǎn)等”,根據(jù)你們的判斷,它對人們的身體健康是否會造成危害?
李志濤:到達(dá)地球上的太陽輻射能量只有太陽總輻射能量的很小一部分,再加上地球大氣層的保護(hù),直接到達(dá)人體的輻射是很少的。因此,即使是強(qiáng)耀斑,對人類健康基本上也是沒有危害的。
預(yù)報(bào)仍是世界性難題,我國需提升全天候監(jiān)測能力
《中國科學(xué)報(bào)》:我們應(yīng)該如何預(yù)防太陽強(qiáng)耀斑帶來的風(fēng)險(xiǎn)?
鐘秋珍:要預(yù)防太陽耀斑帶來的風(fēng)險(xiǎn),首先要有業(yè)務(wù)化的天地基空間環(huán)境監(jiān)測,其次要有準(zhǔn)確的空間天氣預(yù)報(bào)能力,為防災(zāi)減災(zāi)提供可靠依據(jù)。此外,我們要及時(shí)關(guān)注國內(nèi)外專業(yè)機(jī)構(gòu)的預(yù)報(bào)、警報(bào)。太陽質(zhì)子事件在耀斑爆發(fā)后幾十分鐘才會出現(xiàn),而地磁暴則在1至4天后才會發(fā)生,當(dāng)我們收到事件的預(yù)報(bào)信息后,有充足的時(shí)間進(jìn)行應(yīng)對。
《中國科學(xué)報(bào)》:以目前的監(jiān)測技術(shù),我們是否有可能提前預(yù)報(bào)太陽耀斑爆發(fā)活動?
鐘秋珍:預(yù)報(bào)耀斑,主要依賴對太陽黑子磁場和大小的監(jiān)測。不過,太陽耀斑的發(fā)生具有很強(qiáng)的偶然性,即便我們能判斷出哪些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的活動區(qū)會爆發(fā)耀斑,但它具體什么時(shí)候爆發(fā)、爆發(fā)級別多大,目前仍是世界性難題。
過去很長一段時(shí)間,人們通過對黑子的結(jié)構(gòu)和磁類型進(jìn)行分類與鑒別,基于人工經(jīng)驗(yàn)和分析統(tǒng)計(jì)模型,來預(yù)測黑子產(chǎn)生耀斑的可能性,比如“結(jié)構(gòu)和磁場極性越復(fù)雜,越容易產(chǎn)生耀斑”。最近,國內(nèi)外基于人工智能技術(shù),開始依靠大數(shù)據(jù)分析開展耀斑的智能預(yù)報(bào)。
《中國科學(xué)報(bào)》:目前,我國太陽活動監(jiān)測預(yù)警的具體機(jī)制如何?
鐘秋珍:目前我國的太陽活動監(jiān)測系統(tǒng)已初具規(guī)模。2012年“東半球空間環(huán)境地基綜合監(jiān)測子午鏈”(子午工程一期)完成建設(shè)并運(yùn)行,2023年 “空間環(huán)境地基綜合監(jiān)測網(wǎng)”(子午工程二期)基本完成建設(shè)。這些國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施將提供地基太陽活動監(jiān)測。先進(jìn)天基太陽天文臺“夸父一號”、“羲和號”等衛(wèi)星,以第25太陽活動周峰年為契機(jī),揭示太陽磁場、太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射的起源,提供天基太陽活動監(jiān)測。
但是,目前我國在全天候監(jiān)測和數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性方面還有待提高,需進(jìn)一步加強(qiáng)自主能力建設(shè),針對空間天氣預(yù)報(bào)預(yù)警需求,在發(fā)射太陽活動與空間天氣科學(xué)研究衛(wèi)星之外,實(shí)施空間天氣監(jiān)測專星任務(wù)。
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