太阳都大出事了!连续爆发3次X级耀斑:对人有啥影响?

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  最近,太阳系的“太空天气”情况很糟糕,太阳活动持续活跃,在不到一个星期的时间内,两个太阳黑子爆发了3次X 级太阳耀斑。

  据报道,1月5日一个极度活跃的太阳黑子——AR3184爆发了一次X1.2级的太阳耀斑,到了1月9日,这个太阳黑子再次爆发了一次X1.9级太阳耀斑。

  

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  好消息是,这个太阳黑子并没有面向地球,所以地球受到日冕物质抛射(CME)影响的概率很低,除了局部一些地区出现了无线电中断之外,这两次X级太阳耀斑爆发对地球的影响都不算很大。

  但坏消息是,这个太阳黑子将在未来几天内转向地球,而且它继续爆发X级别耀斑的可能性很高。

  就在AR3184即将面向地球之际,另外一个新出现的太阳黑子——AR3186再次爆发X1.09级耀斑,而这个太阳黑子面向地球。

  

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  10日太阳耀斑导致南太平洋无线电中断,图源:NOAA/SWPC

  所以,这次爆发产生的电离辐射瞬间(大约8分钟)引发了整个南太平洋的无线电中断。

  不过,好消息是,这次X级耀斑爆发暂时还没有观察到伴随有日冕物质抛射,所以很可能也不会有进一步影响了。

  太阳X级耀斑的爆发频率差不多是每年10次左右,像现在这样不到一个星期的时间内被记录到3次是非常罕见,外媒调侃这是“太阳耀斑帽子戏法”。

  而且,随着太阳东翼大型活跃区域转向地球,接下去地球接受强大太阳耀斑袭击的可能性还会很高。

  那么问题就来了,为什么太阳会在近期突然这么频繁地爆发太阳耀斑,对于生活在地球的我们而言,强大的太阳耀斑会影响我们的身体吗?

  

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  图:2013年一次X5.7级太阳耀斑

  什么是太阳耀斑?

  太阳表面是一个磁场混杂的地方,而磁场是由带电气体产生的电流而产生的——电流在太阳内部充当磁发电机。

  由于产生磁场的带电气体的湍流性质,这些磁场会扭曲、纠缠和重新组织,太阳耀斑就是在这种不稳定的磁场行为下爆发的。

  其本质是在短时间内释放大量的电磁辐射——包括无线电波、微波、x射线、伽马射线和可见光的波长范围。

  所以,太阳耀斑实际上就是太阳表面出现的特别明亮的区域,这个可以持续几分钟到几小时不等。

  

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  另外,太阳耀斑往往起源于太阳表面包含太阳黑子的区域——太阳表面较暗、较冷的部分,因为这些区域的磁场特别强。

  至于太阳耀斑的等级,科学家是根据接收到X射线的强度来划分,总共有五个等级,用A、B、C、M、X来表示,每个级别的能量输出是它前面级别的10倍。

  其中,X级耀斑是最强的太阳耀斑级别,然后是比X级耀斑小10倍的M级耀斑,然后是C级、B级,最后是A级耀斑。

  ABC级是最常见的,但它们较弱不会对地球产生重大影响,而M和X级较强,而且可能伴随日冕物质抛射,对地球影响重大。

  

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  9日太阳耀斑起源的太阳黑子,图:NOAA/SWPC

  每个字母级别又从1到9的更精细的等级给出更高精度评估,比如我们前面提到的三次耀斑虽然都是X级别,但是三个都是X1级别,是X级中最弱的。

  为什么最近太阳耀斑这么多?

  虽然太阳耀斑帽子戏法很不寻常,但也算是在情理之中。

  就像地球一年有四季变化一样,太阳也有自己的“天气周期”——会有周期性活跃程度变化,从现有的观测数据来看,这个周期是11年左右。

  我们目前正处在科学家预测的第25个太阳活动周期的活跃阶段,这个活跃阶段很可能会在2025年达到峰值。

  

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  图:2000年记录到的日冕物质抛射

  太阳比较活跃,其表现主要就是四个情况,除了太阳耀斑显著增加之外,另外三个分别是日冕物质抛射、高速太阳风和太阳高能粒子显著增加。

  之所以说太阳现在是在一个比较活跃的阶段,这个是根据它的上一个周期——2008年到2019年所预测的。

  

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  图:太阳黑子

  就目前来看,太阳的活跃程度也算符合预期,近期新发现了多个太阳黑子,比如AR3181、AR3182和AR3183都是最近刚刚出现的,这些都是太阳较为活跃的表现。

  既然太阳本身处在较为活跃的阶段,那么多爆发几次X级别的耀斑也算情理之中了。

  太阳耀斑对地球和人体的影响

  太阳耀斑一般只有面向地球的时候爆发,才有可能对地球造成影响,当强大的电磁辐射袭击地球的时候,它会电离地球的上层大气,这是导致无线电和GPS设备中断的原因。

  但是,太阳耀斑并不会导致电力系统故障,真正导致停电的是日冕物质抛射。

  太阳的外层大气就是日冕,是由强磁场构成的,有时候封闭的太阳大气层会突然猛烈地释放出那些气体气泡和磁场,这个就是冕物质抛射。

  

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  日冕物质抛射和电磁辐射不同,它是有质量的,强大的日冕物质抛射可能会携带 10 亿吨物质——主要由质子和电子组成。

  所以,它并不像太阳耀斑的电磁辐射那样可以8分钟到达地球,根据它最初获得的速度不同,日冕物质抛射最快15小时才会到达地球,也可能几天才会到达。

  日冕物质抛射经常是伴随M和X级太阳耀斑释放的,但有时候是各玩各的,比如最近(1月10日)这次X级耀斑爆发可能就没有日冕物质抛射。

  

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  由于质子和电子都是带电的,所以当它们到达地球的时候,会与地球周围的磁场相互作用,这会导致磁场扭曲和减弱,进而导致北极光和其他一些奇怪的自然现象。

  

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  由于它影响了磁场,所以它会产生感应电流——可能会有超过100安培的地磁感应电流流入连接到电网的电子元件,进而破坏电网内部元件并导致大规模停电。

  至于太阳耀斑是否对人体有影响,大部分学者给出了否定的答案,因为无论是电磁辐射,还是带电粒子,它到达地面的部分都很少,基本都被地球磁场和大气层吸收了。

  地球磁场的改变可能会让一些依赖磁场辨别方向的动物迷失方向,表现出奇怪行为,但人类基本不依赖磁场生活。

  不过,有一些学者也发表了一些论文,表示太阳耀斑爆发会显著提高一些疾病的发病概率。

  比如 2018《科学报告》的一项研究指出,受到地磁活动干扰,会显著增加包括心律失常、心血管疾病、心肌梗死相关死亡的发生率。

  2014年发表在《中风》杂志上的一项研究显示,日冕物质抛射对地球的影响,会让中风风险增加19%,其中65岁人群是增加27%。

  

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  最后

  总得来说,由于地球自身的条件不错,“太空天气”变化对地球表面生物的影响不算特别大,至少远没有地球本身的一些自然灾害来得可怕。

  但是,接下去2年多太阳耀斑爆发可能会比较频繁,如果哪天停电,或者收不到信号是比较正常的。

  

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标签: 太阳 耀斑

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