太陽超級耀斑出人意料地頻繁出現
研究人員研究類太陽恆星以及樹木年輪和冰川冰的歷史證據表明，包括超級耀斑在內的極端太陽事件發生的頻率比以前認爲的要高。這些發現來自開普勒觀測到的數千顆恆星的數據，表明劇烈的太陽風暴是太陽活動的正常組成部分，強調了有效的太空天氣預報和保護地球技術基礎設施的必要性。
藝術家對可見光下出現的類太陽恆星超級耀斑的印象。圖片來源：MPS/Alexey Chizhik
太陽是一顆不穩定的恆星，今年異常強烈的太陽風暴就證明了這一點，即使在低緯度地區也產生了令人驚歎的極光。但我們的恆星會變得更加極端嗎？關於最劇烈的太陽爆發的線索保存在數千年前的古老樹木年輪和冰川冰中。然而，這些自然記錄只提供了間接證據，很難確定此類事件發生的頻率。自太空時代開始，人們纔有可能直接測量太陽輻射。
爲了更好地瞭解太陽的長期行爲，科學家們將目光轉向了恆星。現代太空望遠鏡監測着數千顆恆星，追蹤它們亮度隨時間的變化。超級耀斑在短時間內釋放出超過一千萬億焦耳的能量，在這些觀測中表現爲尖峰。
“我們無法在數千年內觀察太陽，”MPS 主任兼合著者 Sami Solanki 教授解釋了這項調查背後的基本思想。“然而，我們可以在短時間內監測數千顆與太陽非常相似的恆星的行爲。這有助於我們估計超級耀斑發生的頻率，”他補充道。
在目前的研究中，包括來自格拉茨大學（奧地利）、奧盧大學（芬蘭）、日本國家天文臺、科羅拉多大學博爾德分校（美國）以及巴黎-薩克雷原子能與替代能源委員會和巴黎西岱大學的研究人員在內的團隊分析了 2009 年至 2013 年間美國宇航局開普勒太空望遠鏡觀測到的 56450 顆類太陽恆星的數據。“開普勒數據爲我們提供了 22 萬年恆星活動的證據，”格拉茨大學的亞歷山大·夏皮羅教授說。
這項研究的關鍵是仔細選擇要考慮的恆星。畢竟，所選恆星應該是太陽特別接近的“近親”。因此，科學家們只接受表面溫度和亮度與太陽相似的恆星。研究人員還排除了許多誤差源，例如宇宙輻射、經過的小行星或彗星，以及開普勒圖像中可能偶然在類似太陽的恆星附近爆發的非太陽類恆星。爲此，該團隊仔細分析了每張潛在超級耀斑的圖像（只有幾個像素大小），並且只計算了那些可以可靠地歸因於所選恆星之一的事件。
通過這種方式，研究人員在 56450 顆觀測恆星中的 2527 顆上發現了 2889 次超級耀斑。這意味着平均而言，一顆類似太陽的恆星大約每百年產生一次超級耀斑。
“這些類似太陽的恆星的高性能發電機計算很容易解釋這種超級耀斑期間強烈能量釋放的磁源，”巴黎-薩克雷原子能和替代能源委員會和巴黎西岱大學的合著者 Allan Sacha Brun 博士說。
出人意料的頻繁
“我們非常驚訝，類似太陽的恆星如此頻繁地發生超級耀斑，”第一作者、MPS 的 Valeriy Vasilyev 博士說。其他研究小組此前的調查發現，超級耀斑的平均間隔爲一千年甚至一萬年。然而，早期的研究無法確定觀測到的耀斑的確切來源，因此不得不將研究範圍限制在望遠鏡圖像中沒有太近鄰居的恆星上。目前的研究是迄今爲止最精確、最敏感的。
尋找猛烈太陽風暴影響地球的證據的研究也表明，極端太陽事件之間的平均時間間隔更長。當來自太陽的高能粒子流特別高時，它們會產生可檢測到的放射性原子，如放射性碳同位素 14C。這些原子隨後沉積在樹木年輪和冰川冰等自然檔案中。因此，即使幾千年後，也可以通過使用現代技術測量 14C 的量來推斷出高能太陽粒子的突然涌入。
通過這種方式，研究人員能夠在全新世過去一萬兩千年內確定五次極端太陽粒子事件和三次候選事件，平均發生率爲每 1500 年一次。據信最劇烈的一次發生在公元 775 年。然而，過去很可能發生過更多這樣的劇烈粒子事件和超級耀斑。“目前還不清楚巨大的耀斑是否總是伴隨着日冕物質拋射，以及超級耀斑和極端太陽粒子事件之間的關係是什麼。這需要進一步研究，”芬蘭奧盧大學的共同作者 Ilya Usoskin 教授指出。因此，查看過去極端太陽事件的陸地證據可能會低估超級耀斑的頻率。
預測危險的太空天氣
這項新研究並未揭示太陽何時會再次爆發。然而，研究結果敦促人們謹慎行事。“新數據清楚地提醒我們，即使是最極端的太陽事件也是太陽自然活動的一部分，”共同作者、MPS 的 Natalie Krivova 博士說。1859 年的卡靈頓事件是過去 200 年來最猛烈的太陽風暴之一，在此期間，北歐和北美大部分地區的電報網絡崩潰。據估計，相關耀斑釋放的能量僅爲超級耀斑的百分之一。如今，除了地球表面的基礎設施外，衛星也將面臨風險。
因此，應對強烈太陽風暴最重要的準備就是可靠和及時的預報。例如，作爲預防措施，可以關閉衛星。從 2031 年開始，ESA 的太空探測器 Vigil 將爲預測工作提供幫助。從太空中的觀測位置，它將從側面觀察太陽，並比地球探測器更早地發現可能導致危險太空天氣的過程正在我們的星球上醞釀。 MPS 目前正在爲這次任務開發偏振和磁成像儀。
編譯自/scitechdaily