[成果]我校天文系主导的恒星光谱观测数据揭示太阳隐藏的“致命属性”——太阳也有产生超级耀斑的能力

来源: www.bnu.edu.cn

　　强大的太阳风暴会时不时地袭击地球，在地球上产生极光，并在极少情况下造成供电中断。然而，如果地球遭到超级耀斑的袭击，它造成的世界末日般的破坏绝非这些现象可比。日前，丹麦奥胡斯大学克里斯托弗•卡罗夫教授和我校天文系付建宁教授等合作的研究已向我们表明这一情景存在着极大的可能性，其研究结果发表在国际顶级期刊《自然通讯》（Nature Communications）上。

　　太阳是否也有产生超级耀斑的能力？

　　当太阳表面的大磁场瓦解时会产生耀斑。耀斑爆发时会释放出巨量磁能。这些爆发携带着高能粒子被从太阳抛向太空，那些朝地球飞去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。

　　太阳在大规模爆发过程中抛射出巨量的热等离子体，这可能会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，我们因此称之为“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的形成机制吗？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？
 

美国航空航天局的雨燕卫星于2008年4月25日所观测的恒星蝎虎座EV的一个超级耀斑的动画图

　　上述问题在日前已经有了答案。利用以我校天文系为第一完成单位、在SCI Top一区期刊《天体物理学报增刊》上发表的论文提供的对开普勒天区数万恒星的光谱观测数据，丹麦奥胡斯大学卡罗夫教授等人结合开普勒卫星测光数据，研究了5648颗类太阳恒星，发现了类太阳恒星超级耀发与色球活动之间的密切关系，揭示了恒星超级耀发与太阳耀斑具有相同的激发机制，该成果以“超级耀发恒星具有增强的磁活动的观测证据”为题，发表在2016年3月的《自然通讯》，卡罗夫教授为第一作者、付建宁教授为主要合作作者之一。

　　 中国的LAMOST望远镜观测能力奠定了最强有力的基础

　　我国的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。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，如果利用其他的望远镜，例如研究团队以前使用的位于La Palma的Nordic光学望远镜进行这项观测研究，将需要15～20年的不间断观测。而LAMOST望远镜配备了4000根光纤，一次观测可同时获得4000颗恒星的光谱。这使得在几个星期内完成数以十万颗恒星的观测成为可能。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。
 

大天区面积多目标光纤光谱望远镜（LAMOST望远镜）—中国最大的望远镜—位于中国东北部,也被称为郭守敬望远镜。

　 　对开普勒天区恒星进行“体检”的特殊科学意义

　　2009年3月发射升空的美国开普勒天文卫星，通过连续监测天鹅座-天琴座的一个天区，获得视场内大量恒星前所未有的高连续性、高精度光变曲线，其主要科学目标是搜寻类似地球的系外行星和利用星震学方法研究恒星内部结构和物理过程。与此同时，这些前所未有的高质量测光观测数据，也为恒星物理学的许多研究领域提供了研究基础。然而，由于缺乏大量目标恒星的光谱观测数据，许多研究受到制约。因此，以均一的方法对开普勒天区数以十万计的恒星进行光谱观测成为紧迫的科学需求。
 

美国航空航天局的开普勒天文卫星

　　早在开普勒卫星发射之初，付建宁教授就敏锐地意识到这个天区的特殊科学意义，积极发起广泛的国际合作，推动利用我国大科学工程装置LAMOST望远镜对开普勒天区的光谱观测，在项目的规划、立项、观测、数据处理、质量控制和数据分析及国际合作等各方面发挥了关键性的领导作用。

　　至2014年，LAMOST望远镜已对所有开普勒子天区进行了至少一次的观测，获得了8万余颗恒星的10万余条光谱，并利用达标光谱进行了恒星参数的计算。同年，付建宁教授在北京主持了第一届LAMOST望远镜-开普勒卫星国际学术研讨会，向参会的国际国内专家学者详细介绍了项目最新进展，促进了广泛的学术交流与合作。此次会议，也为到会的丹麦科学家卡罗夫教授发起利用LAMOST数据进行开普勒天区恒星活动和耀发研究的国际合作提供了契机。

　　 太阳发生超级耀斑的可能性

　　迄今为止观测到的最大一次太阳爆发发生在1859年9月，从太阳抛出的巨量热等离子体袭击了地球，称为“卡林顿事件”。那次太阳风暴引起的北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。

　　卡罗夫教授及其团队分析了LAMOST望远镜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。

　　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望远镜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。

　　通过这种方法，利用LAMOST望远镜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，再没有观测到太阳发生小型超级耀斑的事件。

　　在卡罗夫教授及其团队分析过的所有产生超级耀斑的恒星中，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。

　　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，使地球无法维持生命的存活。

　　 名词解释

　　—超级耀斑：在恒星大气局部区域发生的、辐射总能量在10 ³³ 至10 ³⁸ 尔格的剧烈爆发(参见文献：Schaefer, B. E., King, J. R., & Deliyannis, C. P. 2000, Superflares on Ordinary Solar-Type Stars, ApJ, 529, 1026)

　　—卡林顿事件：迄今为止观测到的最大一次太阳爆发，其辐射的总能量约为5×10 ³² 尔格。 

　　相关链接

　　 http://www.bnu.edu.cn/xzdt/79491.html