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空間中心科研人員提出超級太陽風暴研究新思路

文章來源: | 發布時間:2019-03-19 | 【打印】【關閉】

  超級太陽風暴爲低概率、高影響的事件,經常被用作參考的是1859年的卡林頓事件。美國空間研究委員會粗略估計,若一個超級太陽風暴撞到地球,對現代科技社會造成的損失可高達數萬億美元,社會恢複的周期爲4至10年。因此,超級太陽風暴研究具有極其重要的科學和社會意義。

  超級太陽風暴研究進展一直比較緩慢,主要由于:(1)事件少,觀測匮乏;(2)傳統認識的誤區。以前主要認爲太陽活動區的初始條件對超級太陽風暴形成起決定作用,忽視了行星際演化的重要性。很多研究集中于超級耀斑,然而超級耀斑並不等同于超級太陽風暴。

  STEREO衛星在2012年7月23日和2017年7月23日觀測到了兩次超級事件(圖1)。這兩次爆發是目前僅有的具備多角度成像觀測的超級事件。空間天氣學國家重點實驗室研究團隊結合多視角成像,著眼于1AU處太陽風擾動的強度,對這兩次超級事件進行了比較研究。它們並沒有撞到地球,但給出了超級太陽風暴形成的重要啓示。

  图1: STEREO卫星观测到的2012年7月23日爆发(左)与2017年7月23日爆发(右)。

  研究發現,2012年爆發産生的太陽風擾動與1859年的卡林頓事件類似,而2017年的爆發則堪比1989年3月份事件(該事件造成了自太空時代以來最嚴重的地磁暴,導致加拿大600萬人斷電長達9小時)。它們發生在同一個很弱的太陽活動周,並且後一次爆發接近太陽活動極小期,表明超級太陽風暴可發生于任何太陽活動周、活動周的任何時間段;這兩次爆發並非來自超級活動區,伴隨的耀斑也不是很強。這些都與傳統觀念截然不同。

  研究揭示兩次事件非常相似(圖2)。主要表現在:兩次事件的活動區持續時間長,並多次爆發;它們都是活動區連續爆發産生的複合事件;連續爆發在行星際傳播中的相互作用抑制了複合事件的膨脹,在1AU處造成了極強的內部磁場(包括南向磁場)。這些都符合“完美風暴”特征。“完美風暴”並不是指風暴是完美的,而是指多種條件彙聚在一起使得事件強度大大增加。

  图2:1 AU处的太阳风就地观测。左:2012年7月事件;右:2017年7月事件。

  兩次事件也表現出差異。第一次事件伴隨上遊太陽風預調(即以前的爆發爲它的行星際傳播掃清障礙),因此其1AU處的速度高達每秒2200多公裏。而第二次事件並沒有太陽風預調,傳播中減速很大。以上差異揭示太陽風預調可能是産生卡林頓級別事件的必要條件。第二次事件受周圍冕洞影響偏離活動區約50度,而第一次事件並沒有發生大的偏離。

  基于以上結果,研究團隊提出了超級事件本質上是“完美風暴”的假說。曆史上一些超級太陽風暴,如1859年卡林頓事件、1770年事件、1972年事件、1989年事件、2003年Halloween事件等,都支持該論斷。如果超級事件是“完美風暴”,意味著超級太陽風暴比人們想象的更頻繁。研究結果也揭示“完美風暴”事件可以具有獨特性。

  该论文发表于The Astrophysical Journal Supplement Series,第一作者为刘颍研究員。这是该研究团队继2014年发表于Nature Communications的工作后,在超级太阳风暴研究取得的又一进展。

  Citations:

  Liu, Ying D.; Zhao, Xiaowei; Hu, Huidong; Vourlidas, Angelos; Zhu, Bei; A Comparative Study of 2017 July and 2012 July Complex Eruptions: Are Solar Superstorms "Perfect Storms" in Nature? 2019, The Astrophysical Journal Supplement Series, 241, 15 (https://doi.org/10.3847/1538-4365/ab0649 )

  Liu, Y. D., Luhmann, J. G., Kajdic, P., et al., Observations of an extreme storm in interplanetary space caused by successive coronal mass ejections, 2014, Nature Communications, 5, 3481 (https://www.nature.com/articles/ncomms4481)

 

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