日本天文學家成功建立預測耀斑的新物理模型

耀斑是太陽上最壯觀的爆發活動現象，可以導致劇烈的太空天氣擾動，對太空人和地面的技術系統帶來巨大危害。太陽耀斑會產生劇增的電磁輻射和高能粒子，而電磁輻射約八分鐘就可以到達地球，如此短的時間我們是來不及做相應的防禦措施。因此更早的預測耀斑發生特別是大耀斑的發生，顯得尤為重要。然而，受日冕磁場無法直接測量的限制，對於可靠預測耀斑發生所必需的物理條件仍處在爭論中。

現在的耀斑預測多是基於光球磁場參數的經驗模型，如活動區總磁通量、強磁場梯度等，然而經驗模型的預測準確度還很差。一隊以名古屋大學宇宙地球環境研究所所長草野完也教授為首的研究團隊，引入一種預測太陽耀斑的新物理模型，即通過觸發磁重聯的磁流體動力學不穩定性的臨界條件預測大耀斑的發生，並對第24太陽活動週發生的幾個大耀斑測試成功。

2014年10月AR12192活動區的兩個X2級以上大耀斑在爆發前都沒有出現滿足X級耀斑觸發條件的情況，說明耀斑預測方法對該活動區大耀斑不適用。該活動區產生了多個大耀斑，其中有六個X級耀斑，這些大耀斑有一個共同點是都沒有伴隨日冕物質拋射。草野完也教授研究團隊對該活動區大耀斑預測的失敗，說明對不伴隨日冕物質拋射的約束耀斑（confined flares）的預測還有特殊的困難。這可能是由於約束耀斑重聯發生在相對高的日冕或者上面有強磁場束縛爆發。

預測太陽耀斑是一項非常具有挑戰性的任務。這個物理過程非常複雜，涵蓋了大範圍的太空尺度，而目前卻缺乏日冕磁場這樣的關鍵參數。並且，耀斑具體內禀的隨機特性也是不能被排除的。儘管如此，研究者還是提出了解決這個問題的各種方法。於2019年12月才開光觀測的四米口徑井建上太陽望遠鏡將提供高分辨率的太陽磁場測量以及對耀斑研究至關重要的日冕磁場的測量。這些關鍵數據可以幫助我們更好地理解太陽耀斑的物理過程，更準確地確定太陽耀斑的觸發條件，為太陽耀斑預測提供重要的觀測支持。

【圖：名古屋大學；文：節錄自中國科學院地質與地球物理研究所頁；新聞訊息由林景明提供】研究全文刊登在2020年7月31日出版的美國科學促進會《科學》期刊