科学家利用LAMOST数据研究发现太阳可能发生“超级耀斑”

近期，由丹麦奥胡斯大学克里斯托弗-卡罗夫领导的一个国际研究团队利用我国大科学工程郭守敬望远镜（LAMOST）数据取得了一项重大研究成果：太阳极有可能喷发“超级耀斑”，一旦发生，将袭击地球大气层。该项研究成果已发表于国际期刊《自然·通讯》（Nature Communications）。

地球经常受到太阳爆发的侵袭。这些爆发携带着高能粒子从太阳抛向太空，那些朝地球飞来的粒子将与地球磁场相遇。太阳爆发与地球磁场相互作用产生了美丽的极光。这种诗意的现象提醒我们：离地球最近的恒星——太阳：是一个变幻莫测的邻居。

大规模爆发过程中太阳抛射出巨量的热等离子体，可能给地球带来严重后果。然而，太阳的爆发完全无法与我们在其他恒星上看到的爆发相比，因此称之为“超级耀斑”。自从四年前大量超级耀斑被开普勒卫星发现以来，它始终是一个谜。超级耀斑与太阳耀斑具有相同形成机制吗？如果答案是肯定的，这是否意味着太阳也有产生超级耀斑的能力？克里斯托弗-卡罗夫等人利用LAMOST数据分析研究已对上述一些问题给出了回答。

太阳拥有产生足以切断地球上无线通讯和电力供应的巨大爆发的能力。迄今为止观测到的最大一次太阳爆发发生在1859年9月，从太阳抛出的数量巨大的热等离子体袭击了地球。1859年的太阳风暴事件也被称为“卡林顿事件”。由这次事件引起的极光南至古巴和夏威夷都可看到，全球范围的电报系统都陷入了混乱，而来自格陵兰岛的冰芯数据显示，地球的臭氧保护层也遭到了这场太阳风暴带来的高能粒子的破坏。然而，除太阳以外，宇宙中还有许多恒星有规律地产生爆发，其中一些爆发的强度比“卡林顿事件”要大一万倍。

当太阳表面的大磁场瓦解时会产生耀斑，释放出巨量磁能。奥胡斯大学克里斯托弗-卡罗夫及其团队分析了LAMOST观测的近十万颗恒星的表面磁场数据，结果表明这些超级耀斑很可能与太阳耀斑有相同的形成机制。

产生超级耀斑的恒星表面磁场普遍比太阳表面磁场强，那较弱的太阳磁场能否产生超级耀斑呢？通过分析所有产生超级耀斑的恒星发现：大约10％的磁场与太阳磁场强度相似甚至更弱。因此，太阳产生超级耀斑虽看似不太可能，但并不完全排除其可能性。产生超级耀斑的恒星具有和太阳一样弱的磁场这就意味着太阳也有可能产生超级耀斑。如果这样规模的爆发袭击今天的地球，后果将是毁灭性的。不但地球上所有的电子设备会遭到破坏，我们的大气系统也会受到严重损害，使得地球无法维持生命的存活。

地质档案中的证据表明，公元775年太阳可能产生过一次小型超级耀斑。树木年轮显示，这一年地球大气中形成了异常大量的放射性同位素14C。当银河系的宇宙射线粒子，尤其是太阳上的高能质子撞击地球大气时会形成14C。高能质子的形成与大规模太阳爆发有关。

基于LAMOST的观测研究支持了公元775年事件确实是一次小型超级耀斑。也就是说，那次太阳爆发比太空时代所观测到的最大规模太阳爆发的强度大10～100倍。

通过这种方法，利用LAMOST的观测就能够推断出与太阳磁场相似的恒星产生超级耀斑的频率。新的研究表明，从统计意义上说，太阳每一千年要经历一次小型超级耀斑。这与公元775年事件和公元993年的一次类似事件都是由太阳产生的小型超级耀斑引起的观点相吻合。自公元993年以来，再没有太阳发生小型超级耀斑的迹象。

利用中国LAMOST数据开展这项研究并非巧合。为了测量磁场，克里斯托弗-卡罗夫及其团队研究了已观测的十万颗恒星中每颗恒星的光谱。光谱给出了来自恒星的光的颜色和波长，而某些短的紫外波段可以用来测量恒星周围的磁场。然而，问题是常规的望远镜在同一时间只能获取一颗恒星的一条光谱。因此，如果利用其他望远镜，例如位于La Palma的Nordic光学望远镜（研究团队以前用的望远镜）进行研究，则将需要15～20年的不间断的观测。LAMOST配备了4000根光纤，一次观测可同时获得4000颗恒星的光谱。这使得在1-2个星期内完成十万颗恒星的观测成为可能。正是LAMOST望远镜强大的光谱获取能力，为这项新的重要成果奠定了最强有力的基础。

图中显示了美国航空航天局的雨燕卫星于2008年4月25日所观测的在恒星蝎虎座EV的一个超级耀斑