极光之外：太阳耀斑如何蔓延到整个太阳系

今年5月10日，X5.6太阳耀斑从太阳表面爆发（美国宇航局/SDO）

太阳表面目前特别活跃，太阳表面抛出的物质会对整个太阳系产生影响，正在给地球带来20年来最大的太阳风暴，更强的辐射和带电粒子对航空航天影响尤其巨大。

如果您碰巧在2024年5月的几个晚上仰望天空，很有可能看到壮观的景象。对于那些纬度相对较低的人来说，有难得的机会看到我们星球上闪烁的红色、粉色、绿色的极光。

一场强大的太阳风暴向地球发射了大量带电粒子，当它们在地球大气层中弹跳时，它们释放出壮观的北极光和南极光。令人眼花缭乱的北极光在比平时更靠南的地方可见，而由于地磁风暴的力量，北极光的可见度也更靠北。二十年来最强。

尽管有些人只感受到了微弱的、怪异的光芒，但其他人却感受到了被赋予了无数的色彩南至英国伦敦和美国俄亥俄州。报告甚至来自就在加利福尼亚州旧金山北部.

然而，虽然太阳活动的激增让地球上的许多人被它产生的光显示惊呆了，但它也对太阳系的其他地方产生了深远的影响。当我们大多数人对夜空中舞动的色彩感到好奇时，天文学家一直在向更远的地方凝视，以观察如此强烈的粒子爆发以何种奇怪的方式影响其他行星及其之间的空间。

英国兰开斯特大学空间物理学教授吉姆·怀尔德说：“太阳可以像花园洒水器一样向任何方向向外发射物质。”“整个太阳系都能感受到这种影响。”

我们的太阳目前正在接近或已经达到太阳活动极大期——这是太阳在11年周期中最活跃的时刻。这意味着太阳会从太阳耀斑和日冕物质抛射（CME）事件中产生更多的辐射和粒子。如果这些物质朝我们的方向喷洒，它们会增强地球磁场，造成壮丽的极光，但也会给地球带来问题卫星和电网.

英国雷丁大学空间物理学家马修·欧文斯表示：“现在情况似乎确实正在好转。”“我认为我们现在正处于太阳活动极大期，因此未来几年我们可能会看到更多此类风暴。”

五月强烈的太阳风暴给北半球和南半球带来了壮观的极光

在太阳周围，多个航天器正在近距离观察这种活动的增加。其中之一是欧洲航天局(Esa)的太阳轨道飞行器，自2020年以来一直在沿着水星路径运行的轨道上研究太阳。目前，该航天器“从地球上看位于太阳的远端”，项目科学家丹尼尔·穆勒（DanielMüller）说道。太阳轨道飞行器任务在荷兰的欧洲航天局。“所以我们看到了地球看不到的一切。”

五月份袭击地球的风暴起源于太阳表面（称为光球层）太阳耀斑和太阳黑子、等离子体爆发和扭曲磁场的活跃区域。穆勒说，太阳轨道飞行器能够看到“来自这个怪物活动区域的几个耀斑，这些耀斑旋转出了地球的视野”，太阳表面上有明亮的闪光和被称为太阳黑子的黑暗区域。

穆勒说，太阳轨道飞行器的目标之一是“将太阳上发生的事情与日光层中发生的事情联系起来”。日光层是一个巨大的等离子体气泡，当它穿过星际空间时，它包围着太阳和太阳系的行星。穆勒和他的同事希望更多地了解太阳风——从太阳中喷出穿过太阳系的持续粒子流——“吹入星际介质”，他说。“所以我们对太阳上任何能找到的能量特别感兴趣太阳风的湍流”。

Müller表示，这个特定的周期，即第25个周期，似乎“比人们预测的要活跃得多”。相对太阳黑子数–用于测量太阳可见表面活动的指数–使上一个太阳周期的峰值黯然失色。美国国家海洋和大气管理局(Noaa)预测每月平均最高可达五月每天有124个太阳黑子，但是实际数量平均为170据Müller称，一天超过240次。

但太阳长达11年的周期及其变化的确切原因仍然有点神秘。

然而，太阳活动的这些变化的影响远远延伸到整个太阳系。地球并不是唯一遭受太阳风暴袭击的行星，因为太阳风暴在行星际空间中翻腾。水星是距离太阳最近的行星，其磁场比地球弱得多——大约弱100倍——并且缺乏充足的大气层。但太阳活动可能导致地球表面用X射线发光当太阳风下雨时。金星也缺乏强大的磁场，但金星仍然会像太阳风一样产生极光与行星的电离层相互作用.

在火星上，太阳活动的影响更为明显。在这里，美国宇航局一艘名为梅文（火星大气和挥发性演化）自2014年以来一直在轨道上研究这颗行星的大气层。“当时，我们正处于第24太阳周期的衰退期，”科罗拉多大学博尔德分校的行星科学家香农·库里(ShannonCurry)说道。美国和任务的领导者。“我们现在正处于第25个周期的顶峰，这一系列最新的活跃区域产生了Maven所见过的最强劲的活动。”

5月14日至20日期间，航天器探测到异常强大的太阳活动到达火星，包括X8.7–太阳耀斑是B、C、M、X等级按照从弱到强的顺序。该事件的结果还有待研究，但库里指出，之前的X8.2耀斑导致科学期刊上发表了“十几篇论文”。5月20日的另一场耀斑后来被估计为更大的X12，它向火星发射X射线和伽马射线，随后日冕物质抛射向同一方向发射了大量带电粒子。

美国宇航局好奇号火星车传回的图像显示，大量能量刚刚袭击了火星表面。带电粒子撞击相机传感器产生的条纹和点导致图像“与雪共舞”，根据美国宇航局的一份新闻稿。与此同时，当粒子撞击火星大气层时，梅文捕捉到了发光的极光，将整个行星吞没在紫外线辉光中。

整个大气层扩大了数十公里——这对科学家来说令人兴奋，但对航天器来说却是不利的

库里说，耀斑可能导致火星大气的温度“急剧升高”。“它甚至可以在高层大气中加倍。大气层本身会膨胀。整个大气层膨胀了数十公里——这对科学家来说是令人兴奋的，但对航天器来说却是不利的，因为当大气层膨胀时，航天器上的阻力就会更大。”

膨胀的大气层还会导致绕火星运行的航天器上的太阳能电池板退化。辐射增加。库里说：“最后两次耀斑造成的退化比通常一年三分之一的退化还要严重。”

库里说，火星虽然已经失去了大部分磁场，但仍然拥有“地壳残余磁场，南半球遍布小气泡”。在太阳活动期间，带电粒子可以点亮它们并激发粒子。库里说：“整个白天的一面都被我们所说的漫射极光照亮。”“整个天空都在发光。这很可能被地面上的宇航员看到。”

当太阳风暴进一步深入太阳系时，它们往往已经消散，但仍然会对它们遇到的行星产生影响。木星、土星、天王星和海王星都有极光部分是由来自太阳的带电粒子与其磁场相互作用驱动的。

但天文学家渴望研究的太阳活动对行星际空间的关键影响之一是“缓慢的太阳风“，来自太阳的更缓慢但更密集的带电粒子和等离子体流。英国诺森比亚大学的太阳天文学家斯蒂芬·亚德利表示，太阳风“通常被归类为约500公里/秒”，但慢风的温度也较低，而且波动性也更大。

亚德利和她的同事最近利用太阳轨道飞行器的数据进行的研究表明，太阳的大气层、日冕、影响太阳风的速度。磁场线、磁场方向和带电粒子“开放”的区域——延伸到太空而不返回——为太阳风达到高速提供了一条高速公路。一些活跃区域（磁力线没有起点和终点）上空的闭环偶尔会破裂，产生缓慢的太阳风。缓慢太阳风的变化似乎是由太阳内部不可预测的等离子体流动，使得磁场变得特别混乱。

5月份看到的X级耀斑和日冕物质抛射改变了行星际介质，因为它们将物质抛射到整个太阳系。太阳轨道飞行器检测到离子的巨大峰值5月20日耀斑发生后立即以每秒数千公里的速度移动。其他航天器上的计算机–贝皮科伦坡探测器，目前正在进行为期七年的水星之旅，并且火星快车，在围绕红色星球的轨道上——两者都发现由于高能太阳粒子撞击存储单元而导致的存储错误数量急剧增加。

日冕物质抛射后的第二天，太阳轨道飞行器上的磁力计也观测到航天器周围磁场的大幅波动一个由事件抛出的带电粒子组成的巨大等离子体气泡以1,400公里/秒（870英里/秒）的速度冲过它。

太阳活动的增加对科学家来说是一个福音。“如果你追踪太阳物理学家发表的论文数量，你几乎可以看到其中有一个11年的周期，”欧文斯说。“当有很多活动需要研究时，我们的科学生产力就会更高。”

随着太阳继续进入太阳活动极大期，太阳系将看到越来越多的活动从其表面流出。然而，虽然所有行星都至少见证了一些活动，但我们的星球比大多数行星首当其冲。“地球的独特之处在于太空天气会对人类技术产生有趣的影响，”怀尔德说。

也许有一天，其他地方也会感受到这些人为影响。“如果你要飞往火星，并在星际环境中进行为期六个月的飞行，那么你可能会吸收大量的太空天气事件，”怀尔德说。“如何保护宇航员是一个我们需要认真思考的星际问题。”