導(dǎo)語

讀者朋友，你可曾想象過，如果太陽也像夜空中的那些星星一樣，距離我們非常遙遠，變成浩瀚星空中一個微弱的亮點，我們還能捕捉到它的大氣中所發(fā)生的暗條爆發(fā)、耀斑、日冕物質(zhì)拋射等劇烈活動的跡象嗎？此外，太陽上的各類爆發(fā)活動在其他恒星上是否也會類似上演？為了回答這些問題，我們借助太陽衛(wèi)星“羲和號”的觀測，把太陽當(dāng)作一顆普通的遙遠恒星來研究，試圖通過恒星整體光譜去讀懂它的“喜怒哀樂”。

一、為什么需要「把太陽當(dāng)作一顆遙遠恒星」來研究？

在廣袤的宇宙中，恒星是行星系統(tǒng)的“中心舞臺”。像太陽這樣的恒星，時常會通過暗條爆發(fā)、耀斑和日冕物質(zhì)拋射等活動，深刻影響其周圍行星的空間環(huán)境與大氣狀態(tài)，甚至可能決定生命能否生存。然而，絕大多數(shù)恒星離我們太過遙遠，在望遠鏡中它們只是一個個小光點，我們無法像觀測太陽那樣看清它們表面的細節(jié)。但是當(dāng)這些遙遠恒星的大氣中發(fā)生“發(fā)脾氣”式的爆發(fā)時，它們的整體觀測特征也會隨之變化，其中恒星整體光譜便蘊含了豐富的恒星大氣爆發(fā)活動信息。

為了“翻譯”這些遙遠恒星的整體光譜信息，科學(xué)家們提出了一種巧妙的研究方法——?“Sun-as-a-star”（把太陽當(dāng)作一顆遙遠恒星）?。簡單來說，就是把太陽的成像和光譜觀測數(shù)據(jù)，在整個日面上進行“空間積分”——也就是把整個太陽當(dāng)作一個點光源來處理，然后與遙遠恒星的觀測結(jié)果進行對比，看看太陽的哪些爆發(fā)特征在其他恒星的觀測數(shù)據(jù)中也能被找到。

二、“羲和號”帶來了哪些新的發(fā)現(xiàn)？它們對理解恒星大氣爆發(fā)活動有什么啟發(fā)？

我國的“羲和號”衛(wèi)星提供了高質(zhì)量的太陽全日面Hα光譜觀測數(shù)據(jù)?；谶@些數(shù)據(jù)，來自中國科學(xué)院國家天文臺、紫金山天文臺和南京大學(xué)的聯(lián)合團隊，對幾種不同類型的太陽爆發(fā)進行了深入分析。他們并?不只是對爆發(fā)區(qū)域籠統(tǒng)地分析，而是把太陽爆發(fā)源頭劃分成不同的小區(qū)域，每個區(qū)域由不同物理過程主導(dǎo)?，分區(qū)域地開展積分光譜研究，取得了以下發(fā)現(xiàn)：

1、耀斑帶如同“紅色火焰”?：在這里，空間積分后的Hα光譜展現(xiàn)出持續(xù)的線心輻射增強、譜線增寬和紅翼不對稱特征——這是太陽耀斑中色球壓縮過程的“典型指紋”。

2、爆發(fā)暗條好似“藍色魅影”?：在其不同的演化階段?，積分光譜展現(xiàn)出?加速的藍移吸收 → 減速的藍移吸收 → 紅移吸收?的完整變化過程，正好記錄了太陽暗條中冷等離子體從抬升、減速到最終回落的全過程（如圖1所示）。

3、新發(fā)現(xiàn)修正傳統(tǒng)認知?：傳統(tǒng)觀點認為，Hα光譜中的藍移吸收信號就是暗條成功爆發(fā)并產(chǎn)生日冕物質(zhì)拋射的證據(jù)，但這項研究卻表明有時看到藍移吸收，可能只是暗條“嘗試起飛卻失敗墜回”；而有些被確認伴隨日冕物質(zhì)拋射的真正的暗條成功爆發(fā)事件，反而可能因為耀斑帶輻射太強而“隱身”——在Hα光譜中沒有明顯的藍移吸收信號（如圖2所示）。這一現(xiàn)象或許能解釋為什么過去借助恒星Hα光譜觀測確認的日冕物質(zhì)拋射事件非常少。因為能被我們清楚看到的恒星爆發(fā)，大多是比太陽耀斑強得多的“超級耀斑”，它們發(fā)出的強光很容易掩蓋掉暗條爆發(fā)留下的痕跡。

三、展望

研究團隊還結(jié)合美國SDO衛(wèi)星的極紫外光譜數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)：同一個暗條爆發(fā)事件在更高溫譜線中觀測到的等離子體運動速度要普遍高于Hα譜線（如圖3所示），二者結(jié)合能夠更好地刻畫暗條演化的完整過程，為診斷后續(xù)可能形成的日冕物質(zhì)拋射提供更好地觀測限制。對此，?研究人員強調(diào)?：“這項研究為從恒星整體Hα光譜數(shù)據(jù)中解構(gòu)出爆發(fā)源區(qū)的相關(guān)物理過程提供了關(guān)鍵線索，也表明了來自紫外、X射線、射電等不同波段的協(xié)同觀測對于我們?nèi)胬斫馓柵c恒星大氣爆發(fā)活動的重要價值?！边@意味著，未來若推動涵蓋多波段的太陽-恒星聯(lián)合觀測項目，將幫助我們在“恒星如何影響其周圍行星宜居性”這一前沿領(lǐng)域取得更多突破。

圖1. “羲和號”衛(wèi)星觀測到的一個伴隨失敗暗條爆發(fā)的耀斑事件。爆發(fā)源區(qū)在Hα線心和線翼的成像（a1–a3）、多普勒速度場（b1–b2），以及分區(qū)積分的Sun-as-a-star Hα?xí)r序光譜（c1–c4，分別對應(yīng)整體源區(qū)、暗條抬升區(qū)、耀斑帶和暗條下落區(qū)）。

圖2. 一個X9.0級大耀斑事件在Hα線心的成像（a）、LASCO C2的白光波段CME成像（b）和Sun-as-a-star Hα?xí)r序光譜（c）。

圖3. 伴隨成功爆發(fā)（a、b）以及失敗爆發(fā)（c）暗條的耀斑事件的Hα和OV時序光譜。底色圖表示爆發(fā)源區(qū)整體積分的Sun-as-a-star Hα光譜，灰色陰影區(qū)域為全日面積分的OV光譜。

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作者簡介

侯義軍，中國科學(xué)院國家天文臺項目研究員、博士生導(dǎo)師，主要從事太陽黑子、太陽暗條/日珥、太陽爆發(fā)活動與恒星爆發(fā)活動等方向的研究。。

本文轉(zhuǎn)載自《中國科學(xué)院國家天文臺》微信公眾號

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