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日冕质量抛射(coronal mass ejections,CME)是伴随着日冕从太阳释放物质的明显事件。它们通常出现在日珥的喷发期间,并经常伴随着太阳的耀斑出现。被释放至太阳风中的等离子体可以在日冕的影像中观察到。

日冕物质抛射通常与其他形式的太阳活动有关,对这些关系的理论已被广泛接受。日冕物质抛射通常来自太阳的活跃区域,例如与耀斑关系频繁的太阳黑子群。在极大期,太阳每天大约发生三次日冕物质抛射[1],而在极小期,大约每五天产生一次日冕物质抛射。

叙述

日冕物质抛射从太阳表面的区域释放出大量的物质与电磁辐射进入太空,包括邻近日冕的称为日珥的区域,或是进入更遥远的行星际空间(行星际日冕物质抛射)。抛射出的物质是磁化等离子体,其主要成分是电子质子。相较之下,耀斑的速度极快(是电磁辐射),而日冕物质抛射的速度相对较慢 。

日冕物质抛射与日冕磁场的巨大变化和干扰有关,通常用白光日冕仪来观察它们。

起因

科学的研究已经表明磁重联的现象与日冕物质抛射和耀斑密切相关。在磁流体动力学的理论中,当两个相反的磁场聚集在一起时,磁力线突然的重新排列称为“磁重联”。重联释放出原本储存在磁场张力中的能量。这些磁力线在螺旋结构中被扭曲,有“左旋扭曲”也有“右旋扭曲”。随着太阳磁场的磁力线越来越扭曲,日冕物质抛射似乎是释放正在累积中磁能的“阀门”,日冕物质抛射的螺旋结构就证明了这一点。如果不是每个太阳周期都不断的自我更新,否则,最终将会撕裂太阳自身。

太阳上,磁重联可能发生在太阳的拱圈上(拱圈是一系列紧密依存的磁力线环圈)。这些磁力线迅速的重新连结形成一个较低的环状新拱圈,没有连接到拱圈,还留存在日冕中的部分形成螺旋状的磁场。在这个过程中突然被释放的能量会产生耀斑并释放日冕物质抛射:螺旋磁场及其包含的物质猛烈地向外膨胀,称为日冕物质抛射。这也解释了为什么日冕物质抛射和耀斑通常会从太阳上,磁场比平均要强的多被称为活跃区的活能层域爆发。

对地球的冲击

当抛射的方向是直接朝向地球并到达时,就成为行星际日冕物质抛射(ICME)。伴随着物质旅行的激波会引发地磁风暴,并可能进而破坏地球的磁层,在白天侧的被压缩,夜晚侧则拖出长长的磁尾。当在夜晚侧的磁层磁重联时,会释放出功率达到兆瓦级规模的能量,并且直接回流至地球的高层大气层。

太阳高能粒子可以地球磁极周围广大的区域引起特别强烈的极光[2]。在北半球的极光被称为北极光,在南半球的极光称为南极光。日冕物质抛射与来自其它来源的耀斑,可能会干扰无线电传输,并对人造卫星和电力系统等设施造成损害,其结果可能会造成持久和大范围的停电 。

释放的高能质子会导致电离层,中的自由电子,数量增加,特别是高纬度的极区。自由电子的增加,特别是在电离层的D层,会增强对无线电波的吸收,引发极帽吸收(Polar Cap Absorption,PCA)事件。

在高纬度以及飞机和太空站的人类,有可能暴露在相对更强烈的太阳质子事件。太空人吸收的能量不会因为太空船设计的传统遮罩而减少,如果提供了任何的保护,有可能导致能量吸收微量不均匀事件的变化。

视频

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参考文献