X级耀斑活动频繁会引发地磁暴吗？太阳活动与耀斑的基本信息

在逐步进入25周期活动峰值的当前，太阳活动再度频繁，地球所朝向一侧的日面边缘出现了数个X级耀斑爆发;它会对地球造成包括地磁暴在内的明显影响么?

简要结论：

【最近的X级耀斑活动在太阳活动峰值年非常普通常见，并不会造成明显影响;当前也没有引发明显地磁暴。但未来数个月到一两年的太阳活动峰值，需要继续关注活动与空间天气。】

首先需要了解下太阳活动与耀斑的基本信息。

太阳具有一个相当强大的磁场，它的起源和运转机制仍有争议，目前认可度较高的是太阳的较差自转(不同纬度自转速度不同)和局地湍流引发的感应电流产生，有很明显的空间与时间不均匀性，很容易产生局地短期爆发性活动。其中，在太阳大气光球层，部分磁场较强的活动区域会抑制内部炽热对流上涌，形成温度较低而表现为发暗的区域，称作【太阳黑子】;而这一磁场活动区域更是存在短期(数分钟内)的集中释放能量的爆发过程，通常表现为全频段电磁波(从伽马射线、X射线到无线电波)和高能粒子辐射(如高能质子、电子等)的大幅增强，被称作【耀斑】。

耀斑的等级通常用地球同步轨道上，接收到的软X射线(波长为0.1nm-0.8nm区段)通量衡量，自低到高分别为A、B、C、M、X级，分别对应通量从10^-8 W/m²到10^-4 W/m²，每增强一个级别相当于软X射线通量增大10倍(如X1级耀斑是C1级的100倍)，而级别内具体数值则是相应量级内取常用对数结果(如X2级耀斑是X1级的约3.01倍)。

过去一周里，太阳表面活动区和黑子群明显(图1)，总共爆发了三个最高级X级耀斑(图2)。不过，【X级耀斑在一个太阳活动周期里通常可出现200次左右】，在当前峰值年更是频繁，一周内三个X级耀斑并不异常;而且X级耀斑强度不设上限，观测历史时期很多X5甚至X10以上的强耀斑，这次甚至只是三个不到X2级的耀斑，在观测历史上连前一百都不到(图3)。

这些耀斑会造成什么影响?

耀斑对地球的影响主要来自它“喷发”的不同高能辐射。前文已提及，这包括高能电磁波辐射、高能粒子流等，因为它们的速度不同，从而会对地球产生三个阶段影响。

最快的是电磁波—它以光速传播，约8分多钟后即抵达地球所在区域。这一阶段主要是强烈X射线等高能电磁辐射对高层大气的电离度增大，导致电离层突然扰动并干扰无线电通讯(图4即最近活动对电离层的影响);不过由于这些高能电磁波都被高层大气吸收，不会对地面造成直接影响。

第二阶段是高能粒子流–以质子为主，它将在数十分钟到数小时后抵达地球所在区域，影响被称作太阳质子事件。它首先会对人造卫星甚至空间站造成明显影响，包括干扰航天器飞行，甚至穿过外壁影响在轨航天员安全。此时轨道高度越高影响越显著(相对而言，我国空间站属于低轨道，受到的影响相对较弱;但在强质子事件时仍需要注意防护);此外和电磁波不同，质子是带电流，因此会集中地被地球磁场辐射偏转，进入地磁极所在的极地地区，形成极盖吸收事件;此时高纬度区域(60°-90°)会出现广泛的无线电通讯干扰甚至中断，也会影响到导航;甚至极个别较强事件会导致【飞在平流层的极地远程航班】接收到的辐射增强。

最后一阶段，是可能与耀斑相关的日冕物质抛射(CME)。虽然耀斑不直接引起日冕这一太阳最高层大气的物质抛射，但耀斑背后的太阳磁场剧烈活动会导致日冕部分区域磁场扰动，在磁力线放开区域就会有大量炽热的日冕物质，以等离子体形态向外抛射，如同吹响洪荒的怒吼(图5)。

它的速度较慢，在太阳耀斑活动后数日才抵达地球;而由于它和高能质子同样带电，同样会与地磁场相互作用;这些高能等离子体冲击时会使地磁场压缩变形，并将大量带电粒子注入磁层区域，引发磁层环电流急剧变化;而由于变化的电流会产生变化的磁场，这一部分带电粒子流会给地磁场【额外附加】一部分感应磁场，这额外附加的部分就是【地磁暴】。

地磁暴可以被各地监测地磁的台站记录报告。目前衡量地磁暴的指数主要有两个：Dst和Kp，其中前者是四个具有代表性的低纬度地磁站监测到的地磁场水平分量扰动的平均，由于低纬度地区没有受高能粒子直接冲击，这样的记录较为纯粹;而Kp指数则将全球范围13个地磁基准台站的地磁扰动量化为等级，能更直接反映高纬度的影响。通常而言，Dst<-100或Kp达到5即达到强磁暴，Dst<-300或Kp大于6.5即特强磁暴。

地磁暴代表着高能粒子流冲击地球高层大气，在高纬度区域(准确而言，是磁极周边的磁纬度较高区域)更可能看到绚烂极光(图6)。但在较强地磁暴活动时，会在地面进一步激发感应电流，并对高纬度地区电网等产生严重冲击;此外高纬度区域地磁导航等也会受到严重干扰，对【经过极地的航班】飞行也会有一定干影响。可以看到，【绝大部分地磁暴的影响局限在高纬度区域】(严谨而言是高磁纬度区域，不过东亚一侧磁纬度进一步偏低了，影响相对更小(图7))。

而在大气层之外，高能粒子流和地磁扰动同样对卫星的飞行姿态和工作产生影响;甚至对于部分低轨道航天器而言，由于运行区域大气密度稍大，地磁暴期间可能出现大气密度进一步升高而阻力增大，影响航天器轨道变动甚至提前坠落。

不过当前的情况如何呢?本次太阳活动强度远非顶级，且爆发时未正对地球，因此没有造成明显影响。【从最近数日监测看，太阳风强度和地磁场均没有明显变化，更没有触发地磁暴扰动(图8/9)】。昨日美国国内航班停飞，应当与地磁扰动无关。

【总之，当前的三个X级太阳耀斑活动在太阳活动峰值期很正常，并未造成严重影响;地磁场也非常平静，没有发生明显地磁暴现象。】

不过短期内，随着先前造成X级耀斑的太阳活动区，已经随太阳自转移动到正对地球一侧，它的后续活动仍然需要值得我们注意;而在逐步进入25周期活动峰值的当前，我们也需要更密切关注未来数月到一两年内的太阳活动，做好空间天气预测和可能影响。

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