太阳连续爆发历史罕见 5月11日大地磁暴预警(组图)

引言5月以来，随着太阳日面上大的黑子群相继出现，太阳持续剧烈爆发，短短一周，爆发了10个X级耀斑和60余个M级耀斑，爆发强度和频次历史罕见！处于活动高年的太阳不断展示着它的火爆脾气，那我们的地球，会受到怎样的影响呢，让我们一起来看看近期的空间天气。1 复杂活动区接力爆发 5月3-10日，共爆发了10个X级耀斑和60余个M级耀斑，这些耀斑几乎全部由活动区AR3663和AR3664产生。其中前5个X级耀斑来自于AR3663，之后的5个X级耀斑来自于AR3664（图1）。目前AR3663已转至日面边缘，AR3664处于日面西南，是日面上最大的活动区，面积为1090个太阳面积单位，磁类型为最复杂的β-γ-δ型（图2），预计未来几天，会继续爆发M级耀斑，可能再次爆发X级大耀斑。


图1 2024年5月3-10日太阳X射线流量（GOES卫星监测，世界时）


图2 黑子活动区AR3663和AR3664（“ASO-S（夸父一号）”中国科学院紫金山天文台团队提供）


图3 5月10日X3.9级大耀斑（SDO卫星监测，世界时） 耀斑对近地空间环境的直接影响是产生向日面的电离层突然骚扰事件（SID），短波频段的电波在低电离层被大幅吸收，引起短波信号强度衰减，甚至造成信号中断，影响短波通信、高频雷达等应用系统。3日、5日、6日、8日和10日太阳爆发部分X级或M5级以上耀斑时，我国大部分地区处于白天，电离层发生短波吸收现象。


图4 5月6日X4.5级耀斑引起的电离层突然骚扰事件


图5 5月8日太阳爆发X1.0级耀斑期间，子午工程北京站电离层数字测高仪信号完全被吸收 2 不同活动区爆发个性不同 值得注意的是，AR3663主要爆发太阳耀斑，并没有伴随明显的日冕物质抛射（简称CME）和太阳质子事件。简单来说AR3663虽然厉害，但只有一轮攻击——耀斑。 AR3664却十分不同，几乎每次大的耀斑都伴随有朝向地球的CME。CME连环袭击将会对近地空间产生明显的影响。此外，AR3664位于日面西侧，若在该位置产生强的CME，将非常有利于产生太阳质子事件，9日的爆发已引起地球同步轨道高能质子通量上升，有可能达到质子事件水平。


图6 5月8-9日观测到的多个全晕CME（SOHO卫星观测） 3 CME连环来袭，大地磁暴将可能再次发生！ 针对近几日太阳爆发的多个CME，包括中国科学院空间环境预报中心在内的国内外多家预报机构对多个CME激波到达时间及可能引起的地磁扰动强度进行了预报，并将预报结果发布在美国空间天气协调中心（CCMC）的日冕物质抛射预报发布平台网站。从各机构发布的预测结果来看，多个CME到达时间范围在5月10日16:38UT至11日19:20UT之间。 表1 2024年5月9日AR3664爆发的X2.2耀斑伴随的CME到达时间和地磁Kp指数预测


综合模式预测以及对多个CME叠加影响的分析，我们预计北京时间5月11日地磁将产生强扰动，可能达到大地磁暴水平（Kp≥7）。 大地磁暴发生时，大气密度将会增加，低轨卫星轨道衰减率将会进一步加剧；电离层电子密度会发生扰动，对电波通信质量、导航定位的精度将有所影响。同时在高纬度地区，美丽的极光现象也将会再次出现。 4 太阳活动步入高年，未来爆发仍将不断 当前太阳活动处于第25活动周的峰年附近，日面爆发活动频繁，X级耀斑的发生概率增多，强地磁扰动（Kp≥7）也将呈现上升趋势（图7），较大质子事件也很有可能发生，未来两三年这种爆发事件还会多次发生。 中国科学院空间环境预报中心将继续密切关注空间环境的变化，及时提供信息服务。


图7 太阳黑子数、地磁暴（Kp≥7）时段数和大耀斑事件（≥X1.0级）次数统计值 扩展知识小课堂 耀斑及其影响 耀斑是太阳上一种强烈的、短暂的能量释放过程。从地面光学观测来看，耀斑是太阳表面亮度增强的区域。从X射线和射电辐射观测来看，耀斑是一种噪声爆发。它们一般持续几分钟到几个小时。 太阳耀斑爆发以后，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。 耀斑分级标准


太阳质子事件及其影响 太阳爆发时会释放出大量高能量的带电粒子，它们以每秒几千、几万、甚至十几万千米的速度，最快十几分钟就可以到达地球，使地球周围的高能带电粒子数量增加数千倍，甚至数万倍。由于绝大多数的粒子都是质子，因此把这种事件称为太阳质子事件。 质子事件分级标准


质子事件发生时，地球周围如同遭遇了一场高能带电粒子“暴雨”的袭击，这些高能带电粒子就如同高速飞行的子弹一般，能够击穿几毫米厚的金属，具有很强的破坏性，可能毁坏地球轨道上的卫星。高能粒子流与地面放射性物质发出的射线一样具有致命的辐射，它们能够穿透航天服和太空舱，可能威胁到太空中宇航员的生命安全。对于穿越极区的航空乘客来说，质子事件期间受到的辐射剂量也会增大。 地磁暴及其影响 太阳爆发产生的日冕物质抛射到达地球，数亿吨等离子体云冲击地球磁层，从而造成整个磁层发生持续十几个小时到几十个小时的一种强烈扰动——地磁暴。地磁暴会导致高层大气密度增加；等离子体也可能在从磁尾注入到地球过程中被加速，同时有辐射带的高能电子推波助澜，形成全球范围的高能电子增强现象——高能电子暴。等离子体还可以注入到极区和电离层中，引发电离层暴，同时轰击高层大气，形成绚烂多彩的极光。 地磁暴分级标准


地磁暴及其引发的一系列空间环境事件，会给地球带来严重影响，比如地磁暴可以损害卫星、电网和电力设施，甚至破坏输油管道；高层大气密度增加，增大了卫星运行阻力，从而加快卫星轨道的衰减；热等离子体注入可引起卫星表面充电，高能电子暴可引起卫星深层充电危害；电离层暴可能会影响短波通信和卫星导航等。 供稿：太阳活动与空间天气重点实验室空间天气预报中心 作者：陈艳红、石育榕、刘方华、袁天娇、沈华、郭娟、周振奇、王听雨