科学家：地球会对太阳耀斑爆发“自卫” 为系外行星宜居性提供新参考
发布时间:2021-07-11 | 发布者： 东东工作室 | 浏览次数： 次央广网济南4月6日消息(记者柴安东）近日，科学家发表了关于太阳耀斑的地球空间效应研究的最新成果，认为太阳耀斑爆发时，地球会“自卫”，从而使太阳风“冲破”地球日侧“铠甲”进入地球空间变得更加困难。据介绍，该发现为预测包括磁层在内的整个地球空间响应太阳瞬时辐射变化奠定了理论基础，为科学家研究行星空间环境与行星大气变迁和系外行星的宜居性提供了新的参考。
据介绍，山东大学“太阳爆发及其对行星空间环境的影响”攀登团队极区电离层-磁层耦合课题组刘晶教授与美国国家大气研究中心王文斌研究员，中科院地质地球所刘立波研究员，美国达特茅斯学院William Lotko教授等所组成的国际团队在著名学术期刊Nature Physics(5年影响因子21.797)发表了关于太阳耀斑的地球空间效应研究的最新成果。论文题为“Solar flare effects in the Earth’s magnetosphere”，山东大学为论文第一和通讯作者单位，刘晶教授为第一和通讯作者。什么是太阳耀斑?耀斑爆发时会产生什么样的后果?地球又是如何“自卫”的?研究团队给出了研究成果。
据介绍，耀斑是太阳大气上局部区域最剧烈的爆发现象，在短短一、二十分钟内耀斑可释放出相当于几十亿颗百万吨级氢弹爆炸当量的能量。2017年9月6日世界时09:10，出现的太阳耀斑事件曾导致地球上朝向太阳一侧区域的高频无线电通信“大范围失灵，失联时间长达一小时”。刘晶教授介绍，此次无线电通信中断与被称为“悬在天空中的镜子”——电离层有关。这个巨大的“镜子”使得远距离无线通信成为了可能。当耀斑爆发会引起突发电离层扰动。此时，在电离层中传播的高频无线电波会突然衰减甚至中断，直接影响无线电通信尤其是短波通信(包括电视台、电台广播等)，也影响导航系统的信号传输和定位精度。
据介绍，以增强辐射为主要特征的耀斑过程，除了直接影响地球电离层区域外，能否也像太阳风那样引起磁层区域的扰动，一直以来是科学界热门研究的课题。
为破解这一科学问题，山东大学空间科学研究院刘晶教授团队做了长期研究，发现当耀斑发生时，突然增强的太阳辐射通量会引起电离层电导率的迅速增加，从而使太阳风“冲破”地球日侧“铠甲”进入地球空间变得更加困难，减弱了太阳风-磁层-电离层间的能量耦合效率，也减少了太阳风和磁层向地球高空大气注入的能量;此外，相应极区电离层电导率梯度的剧变会影响到磁层等离子体的对流过程，使之重新分布，减弱了极区电离层电场，并调制极区电离层高能粒子的沉降过程。因此，该研究证实耀斑所产生的电离层效应可通过电动力学耦合扩展并影响到包括广袤磁层在内的整个地球空间区域，而不仅仅局限于先前认为的高层大气与电离层区域，这更新了人们对太阳-磁层-电离层耦合过程的全局认识。
据介绍，该发现为预测包括磁层在内的整个地球空间响应太阳瞬时辐射变化奠定了理论基础。此外，由于其它类地行星也广泛存在着类似的太阳-磁层-电离层耦合过程，该研究还为探索和理解太阳耀斑对其他行星的影响提供了新的线索。例如，研究耀斑对同样具有磁层的行星(如木星、金星和土星等)所产生的影响，有助于洞悉此类行星早期的大气演化，揭秘究竟是怎样的“幕后推手”影响其中生命出现的机会。这为科学家们研究行星空间环境与行星大气变迁和系外行星的宜居性提供了新的参考。