黑暗中寻找光明的踪迹:太阳耀斑研究纪实

作者: 陈耀

来源: 科学网陈耀博客

发布日期: 2015-09-15 09:43:28

本文详细描述了太阳黑子的形成原因及其在太阳活动中的重要性,特别是黑子区域磁场对太阳耀斑和日冕物质抛射的影响。通过研究黑子的形态和磁场分布,科学家们能够预测和理解太阳爆发的机制。

“黑夜给了我黑的眼睛,我却用它寻找光明”,这正是我们许多太阳物理工作者研究的要点所在。黑子,古人便已发现:“日中有蹲鸟”“有黑气大如钱,居日中央”,非常形象的描述!黑子之所以黑,是因为磁场的原因!那里的磁场远远超过了周围的区域,磁场的存在抑制了下方由里向外的导热过程(对流运动),使得热量的传输变得不如其它地方有效,从而使温度相对较低,辐射更弱,显得很黑。磁场是能量的一种存在形式(磁能)。

黑子区域高度聚集的磁场,使得这一区域成为太阳表面和大气中磁能最为集中的地方。当高度聚集于黑子区域的太阳磁场找到向动能热能转化的通道时,大的太阳活动便会发生,可以出现瞬时发光发热的亮斑---耀斑、也可以向外抛射大批物质---日冕物质抛射。事实证明,黑子区域正是太阳活动高发区域,因此常被称之为活动区。在日冕中,活动区是很亮的区域,那里有很高的温度和密度。

一黑一亮非常融洽地结合在一起,加上不时发自黑子区域的闪亮耀斑,构成了一个世界辩证存在的典型案例。所以,观察黑子的形态、运动,便可能发现太阳爆发的玄机!研究人员早已发现,当黑子的形态和磁场分布呈现高度复杂性时,耀斑等太阳爆发便会趋于更加频繁地发生、耀斑的强度或物质抛射的速度也倾向于更强更快。

复杂性常意味着诸如活动区存在多极磁场分布(如四极场)、正极外面环绕着负极或反之(\delta型黑子)、旋转、强剪切等。所有这一切活动区黑子形态和运动的表征都将为最终理解爆发和在一定程度上建立爆发的预报模型做出贡献。本工作便是一例典型的“从黑暗中寻找光明”的研究。这是一个\delta型黑子(见图),正极黑子被负极黑子区所环绕;这还是一个具有强剪切特征的黑子。

下图中黄线表示正负磁极的边界,也叫极性反转线(PIL)。对于剪切程度(可简单理解为磁力线被横扭着拽开的程度)较弱的黑子,PIL两侧的磁场水平分量应基本与PIL垂直,而对于强剪切磁场,则该水平分量将基本与PIL平行。图中正具有这样的磁场特征(箭头指示出磁场水平分量的方向)。因此,这些特征已经表明这一黑子将是“高产的”!在大约一整天的间隔时间中,出现了两个X级大耀斑,一个X2.0一个X1.8。

X级是所有耀斑分级中最为强大的一级。这不仅是对这一预测的直接支持,也揭示了黑子区域在太阳活动中的重要角色。

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