大耀斑频发背后:守护人类的“隐身人”
2022-04-25 11:29:02      来源:中国科学报

“大型耀斑,持续17分钟,级别X2.2。”026号预报员心中默念。

4月20日中午12点03分,中科院国家空间科学中心的空间环境预报中心。和026号预报员一样,029号和037号预报员也在目不转睛地盯着太阳X射线流量和极紫外成像数据。凭着多年的专业训练经验,他们从红红绿绿的曲线和日面西边缘的亮斑判断,这次耀斑的级别非常大。

大耀斑从11点46分出现,直到中午12点03分,屏幕上的曲线才终于缓和,亮斑也黯淡下去。

相当于几十亿颗巨型氢弹同时爆炸

在太阳耀斑平静之后3个小时,预报员们发出通报:“活动区AR2992(S30W90)爆发了1个X级X射线耀斑……预计未来几天,AR2993和AR2994仍将比较活跃,可能爆发M级及以上级别耀斑。”

“一般级别的耀斑是不会发通报的,只有X级的才会发。”中科院国家空间科学中心副研究员李志涛告诉《中国科学报》。

太阳耀斑是发生在太阳大气局部区域的一种最剧烈爆发现象。M级和X级的太阳耀斑是空间天气预报员们重点关注的对象。

国际惯例将太阳耀斑分成了五级——A、B、C、M、X。C级以下的都是小耀斑,M级耀斑是中等耀斑,X级耀斑是大耀斑。在监测到级别之后,预报员们还会根据耀斑X射线峰值流量在字母后面加一个数字,数字越大,意味着释放的能量越高。

“X2.2级太阳耀斑释放的能量相当于几十亿颗巨型氢弹同时爆炸。”李志涛说。

一般来说,如此强烈的太阳耀斑爆发大多会对地球造成影响。李志涛介绍,强的太阳耀斑爆发及其伴随的能量和物质喷发可能会对地球发起“三轮攻击”。

第一轮出现在耀斑爆发的8分钟后。强烈的电磁辐射会以光速抵达地球空间,直接进入到电离层和高层大气,使电离层中的电子浓度急剧增大,引发电离层突然骚扰,可导致短波无线电信号衰落,甚至中断。

第二轮攻击大约出现在耀斑爆发的几十分钟后。比炮弹快万倍以上的高能带电粒子流到达地球空间,发生太阳质子事件,可能给空间飞行器带来危害,也可能威胁执行任务的航天员的生命安全,还可能影响穿越极区的航空乘客的生命健康。

第三轮攻击会出现在耀斑爆发的2到3天后。高速等离子体云,即日冕物质抛射会携带磁场到达地球附近,引发地磁暴,可能损坏卫星、电网、输油管道、通信导航等设备。

此次大耀斑爆发发生在北京时间12点前后,我国处于向阳侧,8分钟后急剧增强的电磁辐射干扰了中国区域无线信号的传播,但由于耀斑爆发在日面西边缘,位置偏,所以伴随的高能粒子和日冕物质抛射,并不朝向地球。“幸运的是,这次人类躲过了后两轮攻击。”李志涛说。

太阳活动高峰将在未来两三年到来

最近,太阳不太平静。去年10月底、今年3月底和4月17日,都发生了大型耀斑事件。一次又一次的大耀斑说明太阳活动离高峰期越来越近。

“由于正处于太阳活动的上升阶段,太阳黑子日益增多。尤其是这几天,日面上出现了几个结构复杂的大黑子群,导致每天都有M级耀斑爆发,偶尔也产生X级以上的耀斑,像4月17日是X1.1级,4月20日是X2.2级。”李志涛说。

根据对太阳黑子的监测和国内外专家的预测,太阳从2019年12月开始进入了第25个活动周,将持续11年之久,活动的高峰将出现在2025年前后。

“现在太阳活动整体上还没有进入高年,耀斑爆发的频率也还没有达到峰值。在2到3年后,太阳爆发将更加频繁和强烈。”李志涛说。

在这种情况下,人类引以为豪的导航通信技术、航空航天技术,都将面临巨大挑战,与此同时,对太阳耀斑及其影响的预报和监测也越来越重要。

李志涛介绍,在耀斑发生前,预报员要对太阳黑子监测图像、太阳磁场监测图像等进行详细处理、分析,对日面黑子进行细致研究,判断未来一段时间爆发耀斑的概率。

对于已经发生的耀斑,他们则要通过太阳极紫外监测图像、太阳X射线流量、太阳日冕仪图像、太阳高能粒子流量监测等技术手段,分析之后是否会伴随强烈的高能粒子喷发和日冕物质抛射,并判断其可能给地球带来的影响,比如太阳质子事件、地磁暴、电离层暴等。

从001到041,阳光下的“隐身人”

“预计未来三天,太阳活动水平以中等为主,产生M级及以上级别耀斑的概率较大。地磁以平静至微扰为主。发布日期:2022-04-21 00:30 UTC;预报员:029/021。”

空间环境预报中心网站,每天都会更新太阳活动等空间环境预报,而每个预报结尾的“预报员”处总有一串“神秘”数字。

“这是两位预报员的代号。我就是026号,4月20日大耀斑出现时,值班的029号是陈善强,037号是任廷领。”李志涛笑着说。

如今,空间环境预报中心的预报员代号已经排到了041。1992年,为服务中国载人航天工程,空间环境预报中心成立。从001号到041号,中间是一段历时30年的传承。

001号预报员是空间环境研究预报专家龚建村。他曾与团队在1999年成功预报出我国第一艘载人航天试验飞船神舟一号发射期间的流星暴,帮神舟一号躲过了流星雨;他和团队还为神舟七号预测了空间地磁环境,确保了神舟七号小卫星伴飞试验的顺利开展。

041号预报员则是“95后”女孩石育榕。硕士毕业后,她经过了见习、实习、考核等诸多环节之后,去年刚刚拿到属于自己的“041”。

石育榕说,对她影响最大的人,是她的导师——009号预报员刘四清。刘四清曾与团队在神舟九号载人飞船发射前观测到突然爆发的太阳风暴,通过精准的计算,他们给工程决策者吃下了一颗“任务不变”的定心丸。

从001号到041号,传下来的不仅是空间天气预报的技术和经验,还有一种只有代号没有名字的习惯。

作为空间环境预报中心的开创者,中国空间环境预报学科创始人都亨在与年轻人分享心得时说:“你要主动去为航天员服务,为他着想,心甘情愿地为他去做事。你是一个配角,你是保障安全的。”

这些“隐身”的“配角”们也有着自己的坚持。“虽然很多人不了解我们的工作,但是随着人类的脚步往更远更高的深空迈进,我们知道,这项工作很重要。”石育榕说。(中国科学报 记者倪思洁)

编辑: 王奕然 责任编辑: 孙红亮

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