太阳隐藏爆炸现象揭示方式

NASA的太阳动力学观测台捕捉到了一次太阳耀斑图像，画面中右侧的明亮闪光即为耀斑。该图像融合了多种极紫外光波长，突出了耀斑中极为高温的物质，这些物质已被着色处理。人们对耀斑现象以及不断变化的太阳本身仍有诸多待解之处，而最新研究在理解太阳耀斑行为方面取得了进展。图像来源：NASASDO

天文学和天体物理学的许多课题颇为深奥。例如，银河系中心的超大质量黑洞与普通人日常生活的关联微乎其微。但太阳则不同——它的存在与我们的生活密不可分。太阳的活动，尤其是耀斑现象，会对地球环境及人类技术系统产生切实影响。

太阳耀斑在地球上显现，往往是因为其伴随的日冕物质抛射（CME）抵达地球，从而引发绚丽的极光。但它们不仅仅是光与磁场交织而成的壮美景象，还可能带来显著影响，尤其当其强度极高时。

天文学家根据太阳耀斑的X射线亮度对其进行分类，从能量最低到最高依次为A、B、C、M和X级。每一级代表能量输出增加十倍。

太阳耀斑本质上是一种爆炸现象，是太阳系中最强烈的爆炸事件。它们释放出巨大的能量，相当于同时引爆数百万甚至数十亿颗氢弹。其能量规模远超地球上的超级火山喷发，也远超导致恐龙灭绝的那颗大型小行星撞击事件。

它们是由太阳的强磁场引起的，该磁场不断变化扭转和旋转。其具体触发因素是磁重连，当磁场无法承受扭转和旋转后最终断开，重新形成更加直接和稳定的配置。当发生这种重连时，太阳部分能量从其磁场限制中被释放，并以日珥的形式喷发。

这是太阳磁场与NASA在2016年3月12日用太阳远紫外光学影像拍摄的太阳图像的叠加展示。湍动旋转的磁场最终会逐渐断裂，随后与太阳重新连接，形成更为稳定且直接的配置，从而释放耀斑。图片来源：NASASDOAIALMSAL

太阳耀斑冲击电离层时，可能引发无线电通信中断，影响航空与航海通信；还可能通过改变电离层特性，导致全球定位系统（GPS）定位精度下降；有时也会造成航天器电子设备工作异常。伴随耀斑出现的日冕物质抛射（CME）还可能干扰地面电力系统运行。

目前，科学家正持续开展太阳耀斑相关研究工作，《天体物理学杂志》曾刊载一篇题为《耀斑亮带精细结构空间复杂性的演化及其与磁重联动力学的关系》的研究论文。该论文第一作者为美国国家科学基金会的马塞爾科爾查多阿爾貝洛，同时他也是丹尼尔K井上太阳望远镜的大使。

这是一个理论、观察与协作融合的优美范例……——玛丽亚卡察琴科，合著者，国家太阳观测台

日冕物质抛射起源于太阳最外层，即日冕，由于日冕被太阳的强光遮蔽，在那里很难观测到。但在本研究中，作者关注的是耀斑带。这些可以类比为耀斑的足迹，由等离子体和高能粒子组成，在磁重联过程中撞击回太阳。它们沿着磁场线延伸，当与太阳色球层相撞时会发出耀眼的光芒。

最近的三维耀斑模型表明，耀斑带状结构与日冕中重联电流片的分裂有关。作者写道，因此，耀斑带状结构有可能成为诊断耀斑电流片中物理过程的独特工具。

研究人员通过观察这些耀斑条带及其子结构在色球层耗能的小细节，确定了其演化过程及次级结构，并从中推断出色球层上方发生的情况。

他们构建了一个模型并对合成观测进行了测试。随后，将其应用于一次实际耀斑。"随后，我们将它应用于2015年6月22日由界面区成像光谱仪（IRIS）观测的M6.5级太阳耀斑"，作者写道。IRIS是2013年发射的太阳观测卫星。

这是中间级别预警。该图像来自太阳动力学天文台（SDO），并非红外光谱成像系统（IRIS）。图片来源：NASASDO

他们发现，耀斑释放能量的过程并非平滑或均匀的，而是在耀斑带区域分裂为不同尺度的碎片，并以脉冲式的方式分批次释放能量。

我们首次通过实验验证了所观察到的不规则形状与能量转换区域结构之间的物理联系，主要作者科尔查多阿尔贝洛在一份新闻稿中表示。

这个插图有助于解释研究发现。黑色边界（深灰色——耀斑能量输入区域）的结构与一个多层重联站点（品红色——能量转换站点）相连。具体来说，最小的细节（黑色——不规则形状）表明内部分区可以进一步划分成其他区域（更深的品红色斑块），并通过特殊的磁场连接（紫色）。芥黄色区域突出了松弛的磁力线环（重联后的状态）。橙色区域突出了正在爆发的磁通量绳——即日冕物质抛射（CME）。图片版权：CorchadoAlbelo的艺术演绎。

多年来，模拟结果一直表明耀斑带边界应该表现出特定的行为方式，国家太阳观测台的科学家玛丽亚卡扎琴科是该研究的共同作者。到目前为止，人们还没有办法通过观测来验证这一点。在这项工作中，我们首次对这些模拟进行了定量的观测检验。通过应用一种从完全不同的领域改编而来的新型工具，科查多阿尔贝洛成功地证明了带复杂性随着重联速率的增加而增加。

这是一个理论、观测与合作完美结合的精彩范例，其背后离不开一名研究生坚持不懈的努力和富有创造性的探索。同样指导科尔查多阿尔贝洛研究生工作的卡扎琴科补充道。

可见图案所呈现的细节为上述宏观过程提供线索。我们可以通过研究这些形态的不规则性来诊断能量转换区域的实际情况，CorchadoAlbelo表示。

我们得出结论：多尺度空间上磁带结构空间复杂性的增强可作为日冕中电流片碎裂现象的一种观测代理指标。

这项研究本身无法单独用于预测耀斑活动，但它有助于增进人们对耀斑的整体认识。它有助于阐明耀斑释放能量的机制，并将为构建更精确的耀斑模型提供支持。

我们的分析总体而言，是迈向定量关联闪焰带状形态与重连动态的第一步，作者总结。