看！太陽居然也“拉絲”？還曾導(dǎo)致電力故障！

近期，Nature公布了2023年度最佳科學(xué)照片，其中，在2023 年年度天文攝影師評選中獲得了“Our Sun”類別獎項(xiàng)的作品——一張展現(xiàn)巨大“蛇狀太陽絲”的照片，格外引人注目。網(wǎng)上經(jīng)常有人嘴角“拉絲”，太陽居然也“拉絲”嗎？“太陽絲”到底是啥東西？

蛇狀太陽絲，圖片作者：Eduardo Schaberger Poupeau

01 太陽絲到底是什么？

對于“太陽絲”這個詞匯，大家很少聽到，那么它到底是什么呢？是個最新發(fā)現(xiàn)的新玩意兒嗎？

并不是新玩意兒，太陽絲其實(shí)就是日珥（Solar prominence）。但在國外，日珥還有另一個不常用的名字“filament”，這個單詞有“燈絲、細(xì)絲、絲狀物”的意思。

因此，當(dāng)國外報(bào)道日珥時，如果使用的不是“Solar prominence”而用了“Solar filament”時，“filament”指燈絲，把“Solar filament”那么直譯過來，可不就是“太陽絲”或者“太陽燈絲”了嘛！

日珥，圖片來自NASA.

以上，僅僅是從同一個事物的不同名字來解釋。從本質(zhì)上來說，雖然太陽絲就是日珥，日珥就是太陽絲。但何時稱其為日珥，何時稱其為太陽絲，是有區(qū)別的。

日珥是從太陽表面向外延伸的大型等離子體和磁場結(jié)構(gòu)，通常呈環(huán)形，可以向外延伸到日冕。日冕就是太陽大氣的最外層，日冕的內(nèi)部分為色球?qū)?、光球?qū)印?/p>

雖然日冕是由極熱的等離子體組成，但日珥包含的等離子體要冷得多。因此，如果是以太陽表面為背景去拍攝日珥，會發(fā)現(xiàn)日珥通常是較為黑暗的絲狀。

日珥，圖片來自：視覺中國

但如果不是以明亮的太陽表面為背景，而是從太陽側(cè)邊，以黑暗太空為背景，日珥就要明亮許多。

使用極紫外望遠(yuǎn)鏡觀察到的日珥，圖片來自：莫納羅亞太陽天文臺

上圖下部方框內(nèi)是日珥的特寫，這個日珥其實(shí)是一個整體，不同的是，其左邊部分是以太陽表面為背景，所以顯示為黑色，而右邊部分的日珥是以黑暗太空為背景，故而極為明亮。

此時，稱呼就開始分化了。

若以太陽表面為背景，則此時的日珥通常叫做“Solar filament”，也即太陽絲。而若以黑暗太空為背景的，稱為“Solar prominence”，直譯就是“太陽突出物”，國內(nèi)翻譯為日珥。“珥”字在中國古代有珠玉耳飾，以及日、月兩旁的光暈等含義，可以說是恰如其分。

圖片來自：美國國家大氣研究中心

上圖中，左邊和右邊箭頭所指的地方，在國內(nèi)大都統(tǒng)一稱呼為日珥，因?yàn)閮烧叩慕Y(jié)構(gòu)是相同的。而在一些學(xué)術(shù)圈，會因?yàn)楸尘暗牟煌胁煌姆Q呼。

所以你看，太陽絲其實(shí)就是日珥。

到這里，不少讀者可能會有疑問，就是本文開頭的蛇狀太陽絲圖片，它不是黑暗的線，而是明亮的線。這又是為什么呢？可能的原因是這樣的，作者拍攝時采取了一些技術(shù)手段，以及后期圖片處理時，作者為了突出顯示，做了一些圖像處理。

02 日珥中的“暴躁哥”：爆發(fā)日珥

日珥通常對人類沒有什么影響，但日珥中的“爆發(fā)日珥”則不然，因?yàn)樗鼈兛赡軙l(fā)“日冕物質(zhì)拋射”。據(jù)統(tǒng)計(jì)，所有的爆發(fā)日珥中，大約70%的爆發(fā)日珥與日冕物質(zhì)拋射有關(guān)。

使用白光日冕儀拍攝的“日冕物質(zhì)拋射”，圖片來自：Wikipedia，歐洲航天局

巨大，且攜帶磁力線的等離子體氣體從太陽上被快速拋射出來的過程，就是“日冕物質(zhì)拋射”。

等離子體的拋射速度很快，從每秒幾十千米到每秒超過1000千米不等。

如此快，且如此巨量的等離子體拋射，在少數(shù)極端情況下必然會對地球磁場產(chǎn)生影響，繼而影響人類生活。

有紀(jì)錄以來的最大一次影響被稱為“卡靈頓事件”，時間是1859年9月1日至2日。

就在卡靈頓事件發(fā)生之前的一兩天，也就是1859年8月28日，人們就在太陽上發(fā)現(xiàn)了許多太陽黑子，且夜晚的天空也跟往常不太一樣，夜空要比平時明亮且顏色多變，當(dāng)時的報(bào)紙緊跟熱點(diǎn)，還報(bào)道了這些異常。而在8月29日，人們甚至都能從澳大利亞最北方的昆士蘭州看到南極光。地球上產(chǎn)生大量極光，這正是日冕物質(zhì)拋射對地球影響的特征之一。

極光，圖片來自：視覺中國

1859年9月1日中午之前，英國業(yè)余天文學(xué)家理查·卡靈頓和理查·霍奇森分別觀測到了太陽上的耀斑，需要注意的是，耀斑通常伴隨日冕物質(zhì)拋射。

接下來的一天，日冕物質(zhì)拋射的等離子體撞擊地球磁場，繼而誘發(fā)了有紀(jì)錄以來的最強(qiáng)太陽風(fēng)暴。這場風(fēng)暴造成強(qiáng)烈的極光，并對美國當(dāng)時的電報(bào)系統(tǒng)造成破壞，部分地區(qū)的電報(bào)系統(tǒng)陷入癱瘓，并引發(fā)了火災(zāi)。

如果這場風(fēng)暴發(fā)生在現(xiàn)在，可能會造成大范圍的電力中斷。

除了“卡靈頓事件”，日冕物質(zhì)拋射還有以下記錄。

1989年3月9日，太陽發(fā)生日冕物質(zhì)拋射，四天后，也就是3月13日襲擊了地球，導(dǎo)致加拿大魁北克省的電力故障和短波無線電干擾。

2010年8月1日，日冕物質(zhì)拋射導(dǎo)致三天后在地球上產(chǎn)生了引人注目的極光。

2012年7月23日，發(fā)生超級太陽風(fēng)暴，也就是疊加了日冕物質(zhì)拋射、耀斑等的現(xiàn)象，這場太陽風(fēng)暴規(guī)模巨大，強(qiáng)度與卡靈頓事件為同一等級。但幸運(yùn)的是，這次太陽風(fēng)暴并非正對地球，所以影響不大。

綜上所述，太陽絲本質(zhì)上就是日珥，而一般的日珥只是太陽上的普通現(xiàn)象，唯有爆發(fā)日珥才有可能對地球產(chǎn)生影響。但無須過于擔(dān)心，因?yàn)楸l(fā)日珥即使產(chǎn)生了日冕物質(zhì)拋射，但如果不是正對地球方向，其影響也有限。

最后，即使拋射方向就是正對地球，也不必過于擔(dān)心，因?yàn)槿彰嵛镔|(zhì)拋射也存在規(guī)模之分，小規(guī)模的只會產(chǎn)生極光等現(xiàn)象。

參考資料：

①https://solar.physics.montana.edu/ypop/Program/hfilament.html

②https://www.nasa.gov/image-article/what-solar-prominence/

③https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_prominence

④https://en.wikipedia.org/wiki/Coronal_mass_ejection

作者：寒木釣萌 科普作家、科技部“全國優(yōu)秀科普作品獎”獲得者

審核：鄭永春 中國科學(xué)院國家天文臺研究員

出品：科普中國

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