舉頭望明日，就想打噴嚏。我們對(duì)太陽(yáng)的存在早已習(xí)以為常。但大概是距離產(chǎn)生美，大伙對(duì)太陽(yáng)的關(guān)注遠(yuǎn)沒(méi)有對(duì)“宇宙的起源”、“黑洞的形成”熱情?！?012》這樣的好萊塢科幻大片中將人類史上最大一次太陽(yáng)爆發(fā)和全球毀滅性災(zāi)難關(guān)聯(lián)起來(lái)，然而，這是真的么？今天我們就撥開(kāi)云霧見(jiàn)日明，聊一聊太陽(yáng)大氣中最重要的爆發(fā)現(xiàn)象之一：日冕物質(zhì)拋射（coronal mass ejections，簡(jiǎn)稱 CMEs）。因?yàn)槿绻涣私馑钠?，雖不至地球毀滅，后果還是蠻嚴(yán)重的。

例如：1989年的CME事件造成了強(qiáng)烈的地磁擾動(dòng)，導(dǎo)致加拿大魁北克全省近9個(gè)小時(shí)的大停電，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)上千萬(wàn)美元。而當(dāng)時(shí)正在工作的“太陽(yáng)極大期任務(wù)衛(wèi)星（SMM）”在太陽(yáng)高能粒子轟擊下，其軌道高度直接下降了0.8千米，這直接加速了該衛(wèi)星的墜毀。

所以，加強(qiáng)對(duì)CME及其他太陽(yáng)活動(dòng)爆發(fā)的研究和監(jiān)測(cè)具有極其重要的意義??！

日冕物質(zhì)拋射與地球磁層相互作用，產(chǎn)生地磁暴和極光 | 圖源：NASA

什么是日冕物質(zhì)拋射？

太陽(yáng)應(yīng)該屬于“遠(yuǎn)看靜如處子，近看動(dòng)如脫兔”的典例了，太陽(yáng)大氣實(shí)際非常活躍。它分為光球、色球、過(guò)渡區(qū)和日冕。光球就是我們?nèi)粘Ｉ钪腥庋劭吹降奶?yáng)表面。它發(fā)出的可見(jiàn)光輻射遠(yuǎn)比其他層次的輻射要強(qiáng)。因此，通常我們完全觀察不到其他層太陽(yáng)大氣的存在。只有發(fā)生日全食時(shí)，日面可見(jiàn)光輻射被月亮遮擋，我們才可以直接看到日冕結(jié)構(gòu)。

2008年8月1日日全食時(shí)太陽(yáng)日冕 | 圖源：Pasachoff et al. 2009

日冕中最劇烈的活動(dòng)之一就是日冕物質(zhì)拋射。顧名思義，它從日冕中拋射出的大量磁化物質(zhì)。它的爆發(fā)通常攜帶了大量的等離子體，所釋放的能量可達(dá)102?-1032erg，相當(dāng)于幾十億或上百億次核爆炸的能量，同時(shí)還會(huì)向日地空間拋射超過(guò)百億噸的磁化等離子體，其運(yùn)動(dòng)速度最快能達(dá)到幾千千米每秒。當(dāng)CME向地球方向拋射時(shí)，經(jīng)過(guò)兩三天的長(zhǎng)途跋涉，它將到達(dá)地球。如果CME攜帶南向磁場(chǎng)，將和地球磁場(chǎng)相互作用發(fā)生磁重聯(lián)過(guò)程產(chǎn)生地磁擾動(dòng)和地磁爆，還有肉眼可見(jiàn)的極光。

怎樣才能看到日冕物質(zhì)拋射？

觀測(cè)日全食的機(jī)會(huì)難得，怎樣才能長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)CME呢？1930年，法國(guó)天文學(xué)家 Bernard Lyot 發(fā)明了第一臺(tái)地面日冕儀，其基本設(shè)計(jì)是通過(guò)擋盤遮住太陽(yáng)光球的光線，形成如同日全食的效果，然后就可以使人們不需要等待日食的發(fā)生就能在任何晴朗的白天對(duì)太陽(yáng)日冕進(jìn)行直接觀測(cè)。第二次世界大戰(zhàn)之后，空間太陽(yáng)觀測(cè)技術(shù)飛速發(fā)展。60年代以后，美國(guó)和前蘇聯(lián)開(kāi)始利用人造衛(wèi)星對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行更加多樣化的觀測(cè)。CME的第一次清晰觀測(cè)來(lái)自“軌道太陽(yáng)天文臺(tái)-7（OSO-7）”，隨后一系列的空間探測(cè)衛(wèi)星的長(zhǎng)期觀測(cè)使得CME的研究開(kāi)始蓬勃發(fā)展起來(lái)。高質(zhì)量的觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，CME經(jīng)常是長(zhǎng)這樣的：

可見(jiàn)光日冕儀SOHO/LASCO C3 中的CME及其三分量結(jié)構(gòu) | 圖源：NASA

打開(kāi)CME觀測(cè)新窗口

2022年左右我國(guó)首顆太陽(yáng)探測(cè)衛(wèi)星“先進(jìn)天基太陽(yáng)天文臺(tái)”（ ASO-S）將發(fā)射升空，其科學(xué)目標(biāo)就是要揭開(kāi)太陽(yáng)爆發(fā)的神秘面紗。衛(wèi)星上將會(huì)搭載三個(gè)載荷，分別為全日面矢量磁像儀（FMG），硬X射線成像儀（HXI）和萊曼阿爾法太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡（LST）。除了常用的CME可見(jiàn)光觀測(cè)，LST打開(kāi)了一個(gè)新的觀測(cè)窗口，在紫外萊曼阿爾法波段（121.6nm）獲取全日面和內(nèi)日冕（2.5個(gè)太陽(yáng)半徑之內(nèi)）高時(shí)空分辨率的圖像。從可見(jiàn)光和萊曼阿爾法兩個(gè)波段上看，CME的長(zhǎng)相原來(lái)風(fēng)格迥異。

ASO-S衛(wèi)星及模擬的CME可見(jiàn)光和萊曼阿爾法波段觀測(cè) | 圖源：ASO-S和METIS

圍繞CME研究，紫臺(tái)LST團(tuán)隊(duì)正利用LST的觀測(cè)優(yōu)勢(shì)，結(jié)合人工智能等新技術(shù)，對(duì)CME實(shí)行自動(dòng)識(shí)別與跟蹤，深入挖掘CME新的物理本質(zhì)，以期對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)，為我們的航空航天通信導(dǎo)航等活動(dòng)提供預(yù)警保障。

作者簡(jiǎn)介

應(yīng)蓓麗：中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)”太陽(yáng)高能及其相關(guān)物理過(guò)程團(tuán)組”博士生，LST團(tuán)隊(duì)成員，研究方向?yàn)槿彰嵛镔|(zhì)拋射。


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