太阳上的“波浪“或能“推”开太空天气预报的大门

Arcman

太阳上的“波浪“或能“推”开太空天气预报的大门

Original
2017-04-24
Hequn Wang
NASA中文

我们的太阳属“蛮荒”无序之地，不断地积蓄磁能并持续性喷射粒子。有时它还释放耀斑以及大量日冕抛射物（即带电粒子形成的大型喷射物质），进而影响太空天气，同时还能干扰卫星和地面通信。长久以来，这些太阳活动都很难预测，但近期的一项研究则揭露了一种或许能帮助预测这类喷发活动的新机制。

该研究在太阳上发现了一种常见和我们地球上天气系统类似的现象。在地球上，喷射气流能吹动环绕地球四周的狭窄气流，从而对天气造成影响。这类大气气流属于罗斯贝波（Rossby Wave）的一种，由地球自转驱动。利用NASA太阳物理学的日地关系天文台（Solar Terrestrial Relations Observatory ，简称STEREO）以及太阳动力学天文台（Solar Dynamics Observatory ，简称SDO）的数据对整个太阳进行全面成像，科学家们现已证实太阳上也存在罗斯贝波。

这项最新发表在《自然- 天文学》（Nature Astronomy） 杂志上的研究成果使长期预测太空天气成为可能，从而更好地保护卫星及载人航天任务不受太阳活动所释放的高能粒子的影响。

研究发现，太阳上也存在罗斯贝波这种大型大气运动模式。该发现能帮助更好地长期预测太空天气。

视频来源：NASA戈达德太空飞行中心/ Genna Duberstein

“太阳上存在这类气流波并不十分奇怪，但它们的作用令人惊叹。” 该研究的第一作者，美国国家大气研究中心高山天文台（NCAR/ HAO，位于科罗拉多州博尔德市（Boulder，Colorado））的负责人Scott McIntosh表示，“正如地球上的喷射气流和漩涡气流，太阳上的这些气流也驾驭了天气，而且是太空天气。”

目前我们能预测太阳耀斑喷发所产生的短期效应，但并不能预测耀斑本身的出现。了解太阳上的罗斯贝波及其内部的形成过程或许能让预测太阳耀斑何时爆发成为可能，这也将成为保护未来星际载人航天任务的重要工具，使其在飞行时不受由耀斑释放的具有毁灭性力量的能量粒子的影响。

根据NASA太阳物理学的一系列空间天文台2010至2013年的数据，科学家们追踪到了日冕亮点（即太阳上的小亮点，和太阳表面之下的磁能活动直接相关）。

从太阳北极的视角来看，能发现这些亮点正以逆时针环行，揭露了太阳表面之下流动的磁化的罗斯贝波。

来源：美国国家大气研究中心高山天文台（NCAR/HAO）

我们现在能观察罗斯贝波的主要原因，是因为STEREO A、 B以及SDO的数据结合后，我们能对整个太阳进行全面的了解。”该项研究的联合作者，耶鲁大学（位于康涅狄格州纽黑文（New Heaven））研究生 William Cramer说到。

STEREO任务通过一前一后运行于地球轨道上，几乎完全相同的两台天文观测站台（即STEREO A 和STEREO B）来获取太阳的360度完整影像。

“通过STEREO这项任务，研究员们能够连续三年观察整个太阳，这在之前是不可能的。” 位于马里兰州格林贝尔特（Greenbelt， Maryland）的NASA戈达德太空飞行中心，负责STEREO项目的科学家Terry Kucera 指出。2014年10月，在轨道上运行8年之后，STEREO B与地面控制台失去了联系，但它留下的多点影像依旧意义重大。“从多个优势点观测太阳益处颇多。就算仅仅靠STEREO A和SDO的数据，我们也能解读类似于日冕大面积抛射这类的活动是如何在太阳系进行的，远比单点观测更有优势。”

研究结果清晰地显示了一连串亮点缓慢地绕着太阳向西移动，意味着磁化的罗斯贝波正在太阳表面之下流动。研究员们还发现这些亮点会在太阳活动周期发光（即太阳以22年为周期的活跃区循环，由太阳内部磁能物质的持续性运动产生），因此这些亮点可能可以为解释太阳活动周期如何导致每隔11年的耀斑增长提供线索。

“这一系列波动现象和那些在十年、甚至更久的时间之内发生的活动同时出现。”Mclntosh 提到。

“也就是说，看似随机爆发的耀斑和日冕抛射很可能是由那些导致罗斯贝波的活动决定的。”

当年地球卫星首次被用于观测地球上的喷射气流，从而实现了天气预报领域的突破性进展。如今这项研究则表明，观测整个太阳也能给未来预测太空天气带来新突破。

（翻译：Hequn Wang 校核：凌尘）