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【2012太阳风暴】专题蓦然回首,才发现2012年的“幸运”

美国科学院发表了研究报告《灾害性空间天气事件对经济和社会的影响》,分析了2008年超级太阳风暴发生对当今社会和经济可能产生的巨大影响。

随着第24太阳活动周接近尾声,大的太阳爆发活动已是难得一见,整个活动周虽然也有几次引人注目的空间天气事件,但都算不上是超级太阳风暴。正因为如此,很多人认为太阳活动远没有我们所说的那么剧烈,所谓的超级太阳风暴,似乎是科学家们在危言耸听。其实不然,当我们回首看太阳在这一活动周的表现,蓦然发现,太阳曾经有过很强烈的爆发,只是地球比较幸运,与超级风暴擦肩而过……

超级风暴的源区:AR1520

2012年7月7日,太阳日面东边缘出现了一个复杂的活动区1520(简称AR1520),它一出现,面积就达到510个面积单位,磁类型也较为复杂。一天后,它的面积增加1倍,两天后,磁类型变得更加复杂。但是,在接下来的几天里,这个“大个子”一直比较平静,并没有如我们预计的那样活跃。直到7月12日,AR1520终于爆发了一个X1.4级大耀斑,并伴随有日冕物质抛射和质子事件发生,随后引起小到中等地磁暴;7月17日,在接近日面西侧,AR1520又爆发了一次 CME 和中等质子事件,但由于 CME 偏离地球,引起的地磁效应很弱。总的来说,AR1520在被地球观测到的期间,两次爆发事件强度都不大,还称不上强太阳风暴。

图1 2012年7月12日1520活动区黑子(左)和磁场(右)观测图 (图片来自美国SDO卫星图片)

图2 2012年7月12日-23日期间AR1520爆发情况

然而,在转出日面后,AR1520似乎蓄积了足够的能量需要爆发。23日,SOHO 卫星观测到极强的 CME 爆发事件,经过分析,这次大的 CME 事件正是来自于转出日面的 AR1520。从双子星座 STEREO A 和 B 的位置及其观测,也证实这次爆发是背离地球的。遗憾的是,在太阳的背面我们没有黑子和耀斑的观测,所以也不知道这时 AR1520 的面积和磁场情况。不过,有一个间接的证据说明这次爆发的强度,那就是即使在地球这一侧,也观测到少量偏转过来的高能粒子,看到小的质子事件的发生(图2)。

图3 2012年7月23日 SOHO卫星、STERREO B和 STERREO A卫星观测到的超强爆发(图片来自NASA网站)

与卡林顿事件可比拟的超级风暴:

图4 WSA-ENLIL 模式对 CME 的模拟(图片来自 NASA 网站)

那么,我们为什么说活动区1520在2012年7月23日爆发的就是超级风暴呢?科学家们进行了细致的分析。首先,利用 SOHO 卫星、STEREO A 和 STEREO B 三颗卫星在不同位置对 CME 的观测,利用太阳-日冕-行星际数值模式,可以模拟出 CME 的三维图像,从而可以估算出 CME 最初的速度大约是2500km/s左右。这次 CME 爆发正对着 STEREO A 卫星,19小时后,STEREO A 观测到太阳风速度的急剧上升和行星际磁场的剧烈扰动。科学家们又根据地磁暴的预报模式,进行合理的假设,预测这次 CME 若正对地球,引起的地磁扰动级别将是20世纪以来最大的,地磁 Dst 指数将达到-1182nT。纵观历史上的强太阳风暴事件,也只有1859年发生的卡林顿事件可以与之比拟。1859年,英国一位叫卡林顿的天文爱好者,发现太阳上出现两道极其明亮的白光,之后观测到地磁发生强烈的扰动,这次事件被认为是历史上有观测以来最强的一次超级太阳风暴。

图5 太阳风参数和预测的 Dst 指数 (图片来自Baker.etal)

图6 卡林顿事件(红)与十大空间灾害事件 Dst 对比图

幸运躲过超强风暴侵袭的地球

经过上面的分析,我们会发现,若7月23日的爆发提前一周甚至更早发生,地球将会经历罕见的超级太阳风暴的侵袭。而如今人类依赖的技术系统,远比1859年的电报系统更多地受到太阳风暴的影响:电力可能中断、卫星可能遭受严重的辐射效应、低轨卫星轨道可能下降严重、通信和导航将会受阻等等。幸运的是,AR1520面对地球时还算温和,等到离开我们的视线,才大发“脾气”,爆发的超强高速等离子体流喷向远离地球的行星际空间,没有给人类社会带来重要的影响。

2012年太阳背面的超级太阳风暴说明,即使在比较弱的太阳活动周,也会有强的爆发发生。我们不能因为地球没有遭遇到超强太阳风暴的影响,就忽视对太阳风暴的预测和防护。关于太阳爆发和空间天气的影响,人类未知的还很多,探索的脚步不应停歇。

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