400-901-5161
青少年航天科普网
看!太阳居然也“拉丝”?还曾导致电力故障!
来源:科普中国 | 作者:科普中国 | 发布时间: 2023-12-28 | 115 次浏览 | 分享到:

近期,Nature公布了2023年度最佳科学照片,其中,在2023 年年度天文摄影师评选中获得了“Our Sun”类别奖项的作品——一张展现巨大“蛇状太阳丝”的照片,格外引人注目。网上经常有人嘴角“拉丝”,太阳居然也“拉丝”吗?“太阳丝”到底是啥东西?


蛇状太阳丝,图片作者:Eduardo Schaberger Poupeau


01 太阳丝到底是什么?


对于“太阳丝”这个词汇,大家很少听到,那么它到底是什么呢?是个最新发现的新玩意儿吗?


并不是新玩意儿,太阳丝其实就是日珥(Solar prominence)。但在国外,日珥还有另一个不常用的名字“filament”,这个单词有“灯丝、细丝、丝状物”的意思。


因此,当国外报道日珥时,如果使用的不是“Solar prominence”而用了“Solar filament”时,“filament”指灯丝,把“Solar filament”那么直译过来,可不就是“太阳丝”或者“太阳灯丝”了嘛!


日珥,图片来自NASA.


以上,仅仅是从同一个事物的不同名字来解释。从本质上来说,虽然太阳丝就是日珥,日珥就是太阳丝。但何时称其为日珥,何时称其为太阳丝,是有区别的。


日珥是从太阳表面向外延伸的大型等离子体和磁场结构,通常呈环形,可以向外延伸到日冕。日冕就是太阳大气的最外层,日冕的内部分为色球层、光球层。


虽然日冕是由极热的等离子体组成,但日珥包含的等离子体要冷得多。因此,如果是以太阳表面为背景去拍摄日珥,会发现日珥通常是较为黑暗的丝状。


日珥,图片来自:视觉中国


但如果不是以明亮的太阳表面为背景,而是从太阳侧边,以黑暗太空为背景,日珥就要明亮许多。


使用极紫外望远镜观察到的日珥,图片来自:莫纳罗亚太阳天文台


上图下部方框内是日珥的特写,这个日珥其实是一个整体,不同的是,其左边部分是以太阳表面为背景,所以显示为黑色,而右边部分的日珥是以黑暗太空为背景,故而极为明亮。


此时,称呼就开始分化了。


若以太阳表面为背景,则此时的日珥通常叫做“Solar filament”,也即太阳丝。而若以黑暗太空为背景的,称为“Solar prominence”,直译就是“太阳突出物”,国内翻译为日珥。“珥”字在中国古代有珠玉耳饰,以及日、月两旁的光晕等含义,可以说是恰如其分。


图片来自:美国国家大气研究中心


上图中,左边和右边箭头所指的地方,在国内大都统一称呼为日珥,因为两者的结构是相同的。而在一些学术圈,会因为背景的不同而有不同的称呼。


所以你看,太阳丝其实就是日珥。


到这里,不少读者可能会有疑问,就是本文开头的蛇状太阳丝图片,它不是黑暗的线,而是明亮的线。这又是为什么呢?可能的原因是这样的,作者拍摄时采取了一些技术手段,以及后期图片处理时,作者为了突出显示,做了一些图像处理。


02 日珥中的“暴躁哥”:爆发日珥


日珥通常对人类没有什么影响,但日珥中的“爆发日珥”则不然,因为它们可能会引发“日冕物质抛射”。据统计,所有的爆发日珥中,大约70%的爆发日珥与日冕物质抛射有关。


使用白光日冕仪拍摄的“日冕物质抛射”,图片来自:Wikipedia,欧洲航天局


巨大,且携带磁力线的等离子体气体从太阳上被快速抛射出来的过程,就是“日冕物质抛射”。


等离子体的抛射速度很快,从每秒几十千米到每秒超过1000千米不等。


如此快,且如此巨量的等离子体抛射,在少数极端情况下必然会对地球磁场产生影响,继而影响人类生活。


有纪录以来的最大一次影响被称为“卡灵顿事件”,时间是1859年9月1日至2日。


就在卡灵顿事件发生之前的一两天,也就是1859年8月28日,人们就在太阳上发现了许多太阳黑子,且夜晚的天空也跟往常不太一样,夜空要比平时明亮且颜色多变,当时的报纸紧跟热点,还报道了这些异常。而在8月29日,人们甚至都能从澳大利亚最北方的昆士兰州看到南极光。地球上产生大量极光,这正是日冕物质抛射对地球影响的特征之一。

极光,图片来自:视觉中国


1859年9月1日中午之前,英国业余天文学家理查·卡灵顿和理查·霍奇森分别观测到了太阳上的耀斑,需要注意的是,耀斑通常伴随日冕物质抛射。


接下来的一天,日冕物质抛射的等离子体撞击地球磁场,继而诱发了有纪录以来的最强太阳风暴。这场风暴造成强烈的极光,并对美国当时的电报系统造成破坏,部分地区的电报系统陷入瘫痪,并引发了火灾。


如果这场风暴发生在现在,可能会造成大范围的电力中断。


除了“卡灵顿事件”,日冕物质抛射还有以下记录。


1989年3月9日,太阳发生日冕物质拋射,四天后,也就是3月13日袭击了地球,导致加拿大魁北克省的电力故障和短波无线电干扰。


2010年8月1日,日冕物质抛射导致三天后在地球上产生了引人注目的极光。


2012年7月23日,发生超级太阳风暴,也就是叠加了日冕物质抛射、耀斑等的现象,这场太阳风暴规模巨大,强度与卡灵顿事件为同一等级。但幸运的是,这次太阳风暴并非正对地球,所以影响不大。


综上所述,太阳丝本质上就是日珥,而一般的日珥只是太阳上的普通现象,唯有爆发日珥才有可能对地球产生影响。但无须过于担心,因为爆发日珥即使产生了日冕物质抛射,但如果不是正对地球方向,其影响也有限。


最后,即使抛射方向就是正对地球,也不必过于担心,因为日冕物质抛射也存在规模之分,小规模的只会产生极光等现象。