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恒星耀发:一次持续40天的宇宙灯光秀

中国科学院国家天文台  · 公众号  ·  · 2025-06-04 11:00

正文

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[2] (也被称为“中元节事件”,图2),释放的能量与上百颗氢弹爆炸的能量相当。然而,与其他活跃恒星相比,太阳的耀发活动可谓“温和”。特别是红矮星(M型主序星)上的超级耀发,其能量规模远超太阳耀斑。2016年,在距离我们最近的恒星——比邻星上(距离太阳仅4.2光年)第一次探测到超级耀发 [3] ,期间比邻星的亮度增加68倍,释放的能量比太阳上任何一次耀发都高10倍以上。这类极端事件不仅展现了恒星活动的剧烈程度,也为系外行星的宜居性研究提供了新的窗口。


图片
图2 2017年9月6日,太阳X9.3级耀斑图像(来源:中国科学院国家空间科学中心,拍摄卫星:SDO/AIA)


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为什么恒星会“发脾气”?













恒星“发脾气”是因为“压力”太大,这个“压力”来自它内部的磁场。我们可以把恒星的磁 力线想象成很多捆缚它的橡皮筋,当恒星自转时,恒星内部的等离子体对流和较差自转(赤道和两极自转速度不同)会不断扭曲磁力线,这些“橡皮筋”会被越扭越紧,使得磁场能量持续积累。当磁场应力超过临界值时,“橡皮筋”绷不住突然断裂,就会发生“磁重联”过程,将储存的磁能转化为等离子体的动能和热能,从而产生剧烈的耀发现象。在这一过程中,红矮星表现得尤为活跃。这类恒星具有完全对流的内部结构,加上缓慢的自转速度衰减,使其能够长期维持强磁场活动,观测上表现为频繁且剧烈的耀发活动。


0 4
对周围行星和生命的影响













太阳活动对地球的影响呈现出显著的强度梯度,普通太阳耀斑对地球的影响相对较小,就像一次“电磁按摩”:除了带来绚丽的极光景观外,主要表现为短时间的通信干扰。而当太阳耀斑增强到X级时,其对现代文明的破坏力则变得不可小觑:1859年的卡林顿事件使全球电报系统陷入混乱;1989年地磁暴导致加拿大魁北克省电网崩溃,900万居民陷入长达9小时的黑暗 [4] ;2003年“万圣节太阳风暴”期间,全球约50%的卫星出现异常,海事紧急通信系统失效,珠穆朗玛峰探险队与外界失联,GPS定位精度下降,航空运输系统遭到不同程度的破坏,瑞典南部5万居民电力供应中断等 [5] 。当今时代深度依赖空间技术,强烈太阳活动引发的空间天气扰动正在各个关键领域显现其破坏力:从航天器安全到航空导航,从移动通信到电网运行,从油气管道到金融交易系统,几乎现代社会的每个重要支柱都面临着太阳活动的潜在威胁。这种威胁随着人类科技水平的提升而不断放大,使得空间天气监测和预警变得前所未有的重要。


然而,与恒星的超级耀发相比,太阳的这些活动简直微不足道。在一些存在行星系统的宿主恒星上,此类极端事件释放的能量可比卡林顿事件高出上万倍,带来的强电离辐射和高能粒子可以极大地改变行星大气的化学组成,并完全摧毁类地行星的臭氧层,对生命活动产生灾难性的影响 [6] 。频繁发生的耀发将快速加热行星大气并使其逃逸,导致行星大气层被彻底剥离,而强烈的紫外线爆发足以灭绝地表任何可能的微生物生命。以比邻星b为例,这颗位于宜居带的系外行星因为比邻星频繁的耀发可能已变为“生命禁区”。另一方面,演化早期的恒星活动对于生命形成可能扮演着另一种重要的角色:有研究表明,早期太阳频繁的星冕物质抛射可能导致地球磁层压缩,高能粒子得以进入大气,与N 2 、CO 2 、CH 4 等气体发生化学反应,产生N 2 O等温室气体,以及其他形成生命必需的化合物 [7]







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