太阳耀斑

太阳耀斑

太阳耀斑（Solar flare）是太阳活动的重要表现，是太阳表面局部区域突然和大规模的能量释放过程，引起局部区域瞬时加热，向外发射各种电磁辐射，并伴随粒子辐射突然增强，所辐射出的光的波长横跨整个电磁波谱。

由于太阳光球的背景辐射太强，大多数耀斑不能在白光中观测到，辐射增强主要是在某些谱线上，其中以氢的Hα线（波长6563埃，颜色为橙红色）和电离钙的H、K线（波长分别为3968埃和3934埃）最为突出。当用这些单色光监视太阳色球层时，有时会在活动区附近的谱斑中看到局部小区域的突然增亮。增亮区由原有的谱斑亮度在几分钟内迅速增亮几倍甚至几十倍，然后在几十分钟至1～2小时内缓慢恢复至原有的谱斑亮度。1892年7月，美国天文学家海耳首次观测到了太阳耀斑的单色像。20世纪50年代以前，太阳耀斑主要是依靠Hα单色光和可见区的光谱观测，这在地面上比较容易实现。因此，太阳耀斑的早先定义是指Hα单色光看到的太阳色球谱斑中的突然增亮现象，也称为色球爆发。

多种手段的综合观测表明，耀斑发生时，从波长短于1埃的γ射线和X射线，直到波长达几公里的射电波段，几乎全波段的电磁辐射都有增强的现象，并发射能量从103电子伏特直到109电子伏特的各种粒子流。其中，电磁辐射增强主要发生在短波辐射（X射线和紫外光）和射电波段。因此，耀斑更准确的定义应包括所有上述一系列的突变现象，而Hα辐射的增强只是耀斑发生的一种次级标志。

耀斑成因

太阳耀斑是太阳大气局部区域突然变亮的活动现象，是太阳电磁辐射的大规模爆发。它是太阳大气中最为激烈的爆发活动，持续时间从几分钟到几小时不等。

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。

影响领域

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。

对卫星的影响

太阳耀斑和太阳爆发会影响无线电通信、电网、导航信号，并对航天器和宇航员构成威胁。爆发式耀斑通常会伴随日冕物质抛射，日冕物质抛射带来的地磁暴会影响包括航空、航天、导航、通讯、管网等多个领域。2022年2月，SpaceX部署的一批49颗“星链”卫星由于受地磁暴影响损失惨重，多达40颗卫星报废。