日冕物质抛射 太阳风暴来袭之日冕物质抛射

抬头看明天，想打喷嚏。我们早就习惯了太阳的存在。但产生美的很可能是距离。大家对太阳的关注，远没有对“宇宙起源”和“黑洞的形成”那么狂热。像《2012》这样的好莱坞科幻大片将人类历史上最大的太阳爆发与全球毁灭性灾难联系在一起。然而，这是真的吗？今天，让我们拨云见日，谈谈太阳大气中最重要的爆炸现象之一:日冕物质抛射。因为如果不了解它的脾气，虽然地球不会毁灭，但后果会相当严重。

1989年的CME事件造成了强烈的地磁扰动，导致加拿大魁北克全省近9个小时的大停电，直接经济损失达上千万美元。而当时正在工作的“太阳极大期任务卫星（SMM）”在太阳高能粒子轰击下，其轨道高度直接下降了0.8千米，这直接加速了该卫星的坠毁。

因此，加强对CME等太阳活动爆发的研究和监测意义重大！！

日冕物质抛射与地球磁气圈相互作用产生磁暴和极光|来源:NASA

什么是日冕物质抛射？

太阳应该属于“远看静如处子，近看动如兔”的典型，太阳的大气其实很活跃。它分为光球、色球、过渡带和日冕。光球是我们日常生活中肉眼看到的太阳表面。它发出的可见光辐射远远强于其他级别的辐射。因此，通常我们无法观察到太阳大气在其他层的存在。只有在日全食时太阳可见光辐射被月球阻挡，才能直接看到日冕结构。

2008年8月1日日全食期间的日冕|来源:帕沙霍夫等，2009

日冕中最剧烈的活动之一是日冕物质抛射。顾名思义，它从日冕中抛出大量磁化物质。它的爆炸通常携带大量等离子体，释放的能量可以达到1028-1032 erg，相当于数十亿或数十亿次核爆炸的能量。同时它会在太阳和地球之间抛出100多亿吨磁化等离子体空，其运动速度最快可达每秒几千千米。当CME朝地球方向抛出时，经过两三天的长途跋涉，就会到达地球。如果CME携带一个南向磁场，它会与地球磁场相互作用，产生地磁扰动和地磁爆炸，产生肉眼可见的极光。

如何才能看到日冕物质抛射？

日全食很少能观测到。怎样才能长期监测CME？1930年，法国天文学家伯纳德·利奥特发明了第一台地面日冕物质抛射仪。它的基本设计是通过挡板屏蔽太阳球的光，从而形成类似日全食的效果。然后人们就可以在任何一个晴天直接观测日冕，而不用等日食了。第二次世界大战后，太阳观测技术在空期间发展迅速。20世纪60年代以后，美国和前苏联开始使用卫星以更加多样化的方式观测太阳。对CME的第一次清晰观测来自“轨道太阳观测站-7”，随后空之间的一系列探测卫星长期观测使CME研究蓬勃发展。高质量的观测数据显示，CME往往是这样的:

日冕物质抛射及其在C3可见日冕物质抛射的三分量结构|来源:美国国家航空航天局

打开一个新的CME观察窗口

2022年左右，中国首颗太阳探测卫星“先进天基太阳观测站”将发射空，其科学目标是揭开太阳喷发之谜。该卫星将搭载三个有效载荷，即全太阳矢量磁成像仪、硬x光成像仪和莱曼阿尔法太阳望远镜。除了常用的CME可见光观测之外，LST还打开了一个新的观测窗口，在紫外莱曼阿尔法波段获得了整个太阳表面和内部日冕的高分辨率图像空。从可见光和莱曼阿尔法上看，CME看起来风格非常不同。

人造卫星和模拟的日冕物质抛射可见光和莱曼阿尔法带观测|来源:人造卫星和气象卫星

紫台LST团队以CME研究为重点，利用LST的观测优势，结合人工智能等新技术，自动识别和跟踪CME，深入挖掘CME新的物理本质，对其进行监测和预测，为我国航空空航天通信导航活动提供预警保障。

作者简介

应蓓丽:中国科学院紫金山天文台“太阳高能及相关物理过程组”博士生，LST团队成员，研究方向为日冕物质抛射。