太阳耀斑，太阳活动现象

耀斑发现

1859年9月1日的上午，英国天文爱好者卡林顿照例在自己的天文观测室里对太阳黑子进行常规的观测。令他不可思议的事情发生了，日面北侧一个大的复杂黑子群附近突然出现了两道极其明亮的白光，其亮度迅速增加，远远超过光球背景，明亮的白光仅维持了几分钟就很快消失了。同在这一天，英国天文学家霍奇森也看到了这次太阳上的突发现象。这是耀斑的第一次记录，同时也是白光耀斑的第一次记录。

耀斑成因

阳耀斑(Solar flare)是在太阳的色球-日冕过渡层中发生的一种局部辐射突然增加的太阳活动，是最剧烈的太阳活动。太阳上的等离子被加热至一千万度，电子、质子及一些重离子被加速到接近光速。这些离子发出的电磁波波段由电磁波谱上的长波微波至最短波长的γ射线。

太阳大气中充满着磁场，磁场结构越复杂，越容易储存更多的磁能。当储存在磁场中的磁能过多时，会通过太阳爆发活动释放能量，太阳耀斑即是太阳爆发活动的一种形式。

长期的观测发现，大多数耀斑都发生在黑子群的上空，且黑子群的结构和磁场极性越复杂，发生大耀斑的几率越高。平均而言，一个正常发展的黑子群几乎几小时就会产生一个耀斑，不过真正对地球有强烈影响的耀斑则很少。

耀斑分类

根据观测手段的不同，主要分为光学耀斑、X射线耀斑等。通常，可见光范围内的单色光观测的耀斑习惯地称为光学耀斑，X射线波段观测的耀斑称为X射线耀斑，与质子事件相对应的耀斑则称为质子耀斑。

光学耀斑

英文名称：Optical solar flare

Hα观测的耀斑爆发（BBSO，1972-08-07）太阳爆发时光学波段亮度突然增强的现象，称为光学耀斑；波 长在3900~7000埃之间。耀斑在氢的Hα线和电离钙的H、K线上最为突出，非常有利于光学耀斑的观测。

X射线耀斑

英文名称：X-ray flare

太阳爆发时X射线通量突然增强的现象，称为X射线耀斑；波长在0.01~100埃之间。耀斑在极紫外波段有明显表现，可以用来监测。

质子耀斑

英文名称：Solar proton flare

在耀斑发射的粒子事件中，当地球同步轨道探测到的质子能量大于10兆电子伏的通量超过10pfu时，表明这种事件中有很强的质子流，即发生质子事件，与之相对应的源耀斑称为质子耀斑。在日地空间行星际磁场的引导下，日面东半球发射的质子一般到不了地球附近，因此质子耀斑主要发生在日面西半球。质子耀斑大多为M级及以上级别的耀斑，发生后1小时~2小时内能够在地球轨道附近观测到其引发的质子事件。

白光耀斑

白光耀斑是太阳耀斑中极为罕见的一种，由于能在白光范围内观测到而得名。太阳耀斑一般通过白光是不能观测到的，只有通过Hα线和电离钙的H、K线才能观测到。但有时在Hα线所看到的亮区中的一些更小的区域，通过白光也能看到突然增亮现象，持续时间大约几分钟，这就是白光耀斑。1859年卡林顿首次观测的太阳耀斑就是白光耀斑。

耀斑能量

耀斑的持续时间在几分钟到几十分钟内，在这短暂的时间里却能释放出10～10焦耳的巨大能量，这大约相当于上百亿颗巨型氢弹同时爆炸释放的能量，或者相当于十万至百万次强大火山爆发释放的能量总和，可见其威力之大。不过对于太阳这个巨大的能源来讲，它也不过只占太阳辐射总能量的万分之一左右。

耀斑强度分级

耀斑面积的大小是耀斑辐射规模的重要指数，国际上采用耀斑亮度达到极大时的面积作为耀斑级别的主要依据，同时定性的描述耀斑的极大亮度。根据耀斑的Hα单色光面积大小，光学耀斑分为五级，分别以S、1、2、3、4表示。在级别后加F、N、B分别表示该光学耀斑在Hα线中极大亮度是弱的、普通的、还是强的。所以最大最亮的耀斑是4B，最小最暗的是SF。

地球电离层对太阳软X射线辐射强度变化反应敏感，所以国际上也广泛采用1~8埃的软X射线辐射强度对X射线耀斑进行定级。目前按照美国GOES卫星观测的软X射线峰值流量的量级将耀斑分成五级，分别为A、B、C、M和X，所释放能量依次增大。各等级后面的数值表示X射线峰值流量的具体数值。如，M2级表示耀斑软X射线峰值流量为2×10瓦/平方米。

一般来讲，C级以下的耀斑均为小耀斑；M级耀斑为中等耀斑；X级耀斑则为大耀斑。

2003年10月底至11月初期间的万圣节太阳风暴中（因正值西方万圣节期间而得名），太阳上爆发了一系列大耀斑事件。其中，11月4日爆发的X28级耀斑是GOES卫星观测以来的最大耀斑。

耀斑发生规律

耀斑的发生频次随太阳活动周的变化表现出了11年左右的周期性，爆发位置随时间呈现蝴蝶图样的分布。在太阳活动极大年，平均每天都有M级以上级别的耀斑发生；而在太阳活动极小年，几乎全年都不发生一个M级以上级别的耀斑。

在一个太阳活动周中，X10级及以上级别耀斑大概出现10次左右，X级耀斑约为200次左右，而M级耀斑约为2000次左右。

影响

历史记录

1859年9月，在卡林顿第一次观测到太阳耀斑爆发后的17.5小时之后，地磁台站记录到强烈地磁扰动。第二天，世界许多地方（包括我国河北等地）观察到了美丽的极光。

1942年2月27、28日，英国一雷达站接收到很强的噪音干扰，在这时间正好发生了大耀斑，一天后出现了大磁暴。

1956年9月23日，一些亚洲天文台观测到一个大耀斑，除伴有上述地球空间环境扰动外，还使地面宇宙线强度大大增强，而且耀斑产生后一小时，在地球背日面半球的极区附近发生了电离层异常吸收现象。更多的耀斑爆发事件的观测，让人们逐步认识到耀斑能够产生显著的地球环境扰动，影响到人类的生活。

2017年9月3日，由一个代号为AR2673的太阳黑子群引发的，在5天时间内已经爆发了10多次太阳大耀斑，其中9月4日爆发的太阳大耀斑还伴随有日冕物质抛射，并直接导致了中等太阳质子事件。

空间飞行影响

增强的紫外和X射线辐射使电离层中的电子浓度急剧增大，引发电离层突然骚扰，可导致短波无线电信号衰落，甚至中断。增强的紫外辐射被地球大气层直接吸收后，加热大气，大气的温度和密度升高，从而使人造卫星等空间飞行器的轨道发生改变；紫外辐射的增强还使得原子氧的密度突然增加，从而加快了原子氧对航天器表面的剥蚀作用。

对通信的影响

短波通信主要是靠F层的反射进行的。但是，在发生电离层突然骚扰时，由于D层附近的电子密度突然增大，穿过D层射向E层、F层并反射回地面的无线电波受到强烈的吸收，引起电波的衰减。D层电子密度越大，吸收越强。如果D层的电子密度非常大，以致短波通信的最高可用频率也遭到严重吸收，这时通信将发生中断。

广播信号影响

在实际生活中，在我们收听广播时，信号会突然变得杂乱，无法收听，有时我们调调频率，信号会清楚些，但有时却仍然无法听清楚，这种状况一般过不了多久就会自己恢复。这可能就是遥远的太阳爆发耀斑对广播信号的影响。

对导航的影响

甚低频导航或通信信号主要是在地面与电离层底部之间的一个波导之间传播，电波在地球和电离层之间来回反射传播，可以实现远距离的传播。当电离层发生突然骚扰时，由于D层的反射高度下降，电离层底部发生变化，导致低频或甚低频信号在给定的发射机和接收机之间的传播相位时延发生变化，严重时能产生几十公里的导航误差。

耀斑预报

耀斑预报依据的资料与分析耀斑预报是按照C级及以下、M级、X级三个等级，对1~3天内耀 斑的发生概率及强度进行的短期预报。目前太阳耀斑的物理预报模型还没有建立起来，大都依赖于以黑子为中心的活动区的监测和历史相关资料的统计。

预报模型

2021年10月12日，广州大学国家天文科学数据中心大湾区分中心教授王锋、中国科学院云南天文台研究员邓林华和昆明理工大学教授冯松等人合作，开展了太阳耀斑预报与人工智能学习的交叉研究，利用深度学习方法，构建了更细粒度的预报太阳模型。

警报级别

对于耀斑的警报级别划定，通常以地球同步轨道卫星观测到的太阳X射线流量来表征，这里射线流量指在单位时间、单位面积上接收到的0.1纳米~0.8纳米太阳X射线的辐射能量，单位是瓦/米。不同量级的太阳X射线流量表示不同级别的X射线耀斑，射线流量大于10瓦/米为强耀斑，发红色警报；射线流量大于10瓦/米为中等耀斑，发橙色警报；射线流量大于10瓦/米为弱耀斑，发黄色警报。太阳X射线耀斑引起地球向阳面电离层电子密度增加，影响短波无线电通信和低频导航系统。耀斑的级别越高，对短波通信和低频导航系统的影响愈严重。

探测活动

2021年10月，中国已经制定了两个太阳探测计划，分别是“羲和”和“夸父”探测计划，这是太阳探测的中国方案和中国贡献。“羲和号”实现了中国太阳探测破冰之旅；“夸父”探测计划则是研制发射先进天基太阳天文台卫星，对太阳进行科学观测，已纳入中国科学院先导计划，计划于2022年发射。

研究现状

2022年2月，中国科学院云南天文台抚仙湖太阳观测与研究基地在磁重联的精细物理过程研究方面取得重要进展，研究人员首次在太阳耀斑中发现具有扭缠结构磁岛形成的快速磁重联。相关研究成果于近日发表在国际权威期刊《自然·通讯》上。