《天体物理学杂志》最近发表的两项研究讨论了有关太阳耀斑特性、新的分类指数和太阳磁场(特别是所谓的太阳磁重联)的发现。
这些研究有可能帮助研究人员更好地了解太阳的内部过程，特别是有关太阳耀斑活动和空间天气的过程。在这里，UniverseToday与两位主要作者讨论了这两项研究，探讨了研究背后的动机、重要结果以及对我们了解太阳耀斑和空间天气的影响。
第一项研究讨论了对太阳耀斑特性的新见解，并提出了一种新的太阳耀斑分类指数，该指数建立在以前的分类指数以及我们对太阳耀斑理解的科学进步的基础上。那么，这项研究背后的动机是什么?
“我们对这项研究产生兴趣的最初动机是受到我的导师亚当·科瓦尔斯基教授在过去十年中使用类似指数对恒星耀斑进行分类的研究的启发，”科罗拉多大学博尔德分校天体物理与行星科学系博士候选人、这项研究的主要作者科尔·塔姆布里告诉《今日宇宙》。
“传统上，太阳耀斑是根据GOES软X射线的峰值通量进行分类的。然而，随着我们对耀斑物理的理解不断深入，我们了解到耀斑事件之间存在更多的差异，而GOES分类系统无法捕捉到这些差异——例如，两个具有相同峰值强度的事件可能发生在截然不同的时间段内(几分钟，甚至几个小时!)，这表明物理机制存在显著差异。”
GOES软X射线目前使用A、B、C、M和X等级对太阳耀斑进行分类，从强度最低到强度最高。这些数据是由地球静止运行环境卫星(GOES)系统收集的，该系统由四颗目前在地球同步轨道上运行的活跃航天器组成，由美国国家海洋和大气管理局(NOAA)运营。
该数据实时绘制在NOAA网站上的GOESX射线通量界面上，用户可以在该界面观看实时太阳活动，同时查看图表上太阳耀斑对应的类别，数据每10分钟更新一次。
在这项研究中，研究人员试图通过测量所谓的冲动来扩展和改进GOES分类指数，Tamburri将其称为能量释放的“突然性”。
在2010年至2014年的四年期间，研究人员使用太阳动力学观测站/极紫外实验对1,368次太阳耀斑进行了冲动性测量，并将其冲动性分为低、中、高。那么，这项研究最重要的结果是什么呢?
坦布里告诉《今日宇宙》：“在这个项目中，我们开发并统计分析了大量极紫外304埃线耀斑的冲动性。”
磁重联是两个相反方向的磁场结构相互作用形成新的场线的过程，导致重联区域出现强烈的能量外流，其影响我们可以在低层太阳大气中观察到，即太阳耀斑。
“有趣的是，我们发现冲动性与磁重联峰值速率具有中等强度的相关性。这表明太阳耀斑期间存在的磁场细节可能确实与耀斑本身的能量有关(强度和持续时间)。”
如上所述，这项研究以AdamKowalski博士的初步研究为基础，Tamburri指出，该博士在2013年发表了一项研究，讨论了M级太阳耀斑与恒星特性之间的联系。Tamburri的另一位顾问MariaKazachenko博士进一步扩展了这项涉及冲动性的研究，她在2017年发表了一项研究，讨论了耀斑带特性的新目录。
最后，2022年的两项研究(Dahlin等人，2022年和Qiu等人，2022年)讨论了太阳耀斑冲动与太阳耀斑发生时太阳磁场行为之间的潜在联系。据Tamburri称，这项最新研究的目标是通过对许多太阳耀斑进行采样来扩展对冲动性的讨论。
关于未来的工作，坦布里告诉《今日宇宙》，他们可以从三个研究方向着手：1)扩大冲动指数，涵盖各种波长，因为这决定了太阳耀斑和冲动测量的准确性;2)确定令人满意的波长后，计划对太阳耀斑和恒星耀斑进行比较;3)使用模型模拟和识别冲动活动背后的起源和物理原理。
对太阳耀斑的观察和研究可以追溯到19世纪中叶，第一次有记录的太阳耀斑观察是由两位业余天文学家理查德·卡林顿和理查德·霍奇森使用光学望远镜进行的。1942年2月，英国无线电操作员在二战期间偶然利用无线电观测进行了进一步的研究，他们的发现直到1945年战争结束后才公开。
太空时代开始后，人们发现太空望远镜最适合观测太阳耀斑，因为地球大气层阻挡了大量太阳辐射，限制了地面望远镜的观测。这使得人们能够近乎毫无遮挡地观察太阳活动，从而更好地了解太阳耀斑。那么，这个新的冲动指数对我们了解太阳耀斑有何影响呢?
坦布里告诉《今日宇宙》：“目前，我们还不完全了解耀斑快速、强烈的初始阶段(冲动阶段)。”
“最终，一个准确、完整的耀斑过程图像必须将所有区域的耀斑过程联系在一起——低密度日冕中的磁场、致密色球层的高能过程，甚至位于光球层下方的过程。
“虽然我们距离这个目标还很遥远，但将我们在太阳耀斑期间看到的情况与我们在事件发生前、期间和之后推断出的活跃区域磁场联系起来，有助于创建这种统一的图像。”
太阳耀斑活动属于太空天气类别，即太阳表面的活动，可影响地球表面和轨道上的活动。虽然这通常会导致在北纬和南纬高地看到美丽的极光，但这种强烈的太阳辐射可能会损坏卫星和电子地面站，导致全球大面积电力和通信中断。
最受瞩目的太阳活动事件是卡灵顿事件，它对地球表面造成了大面积破坏，发生于1859年9月1日至2日，是有史以来最强烈的太阳风暴期间。
结果导致全球各地的电报站发生大量火花和事件，世界各地也报告了极光观测。因此，这一新的冲动指数对我们了解太空天气以及如何预防太空天气有何影响?
坦布里告诉《今日宇宙》：“从某种意义上说，与太空天气相关的太阳耀斑/太阳风暴的真正危险之一是，事件发生时的具体特征存在不确定性——就像两片雪花一样，没有两次太阳耀斑是完全相同的!尽管经过了数十年的研究，但耀斑预测仍然存在许多变幻莫测之处;即使耀斑开始，也很难确切地说出耀斑的能量有多大，或者会持续多久。
“如果我们能够将冲动指数与磁场拓扑中的不同特征(我们可以从中推断出储存的能量)明确地联系起来，这可能会告诉我们更多关于我们预期耀斑强度的信息，利用这些知识我们可以减轻耀斑对地球及其周围技术的影响。”
坦布里告诉《今日宇宙》，这项工作得到了美国国家科学基金会通过DKIST大使计划的支持，同时由美国国家太阳观测站和大学天文研究协会管理，同时还要感谢科罗拉多大学博尔德分校和乔治·埃勒里·黑尔研究生奖学金。
第二项研究讨论了对太阳磁重联特性的新见解，太阳磁重联是太阳风暴期间将磁能转化为热能(热量)、动能(运动)和粒子加速度的主要过程。
虽然研究这一现象可以帮助科学家更好地了解太阳风暴背后的机制，但由于缺乏高分辨率数据，迄今为止还无法进行深入观测。那么，这项涉及太阳磁重联的研究背后的具体动机是什么呢?
马塞尔·科尔查多-阿尔贝洛(MarcelCorchado-Albelo)也是科罗拉多大学博尔德分校天体物理和行星科学系的博士生，也是这项研究的主要作者，他告诉《今日宇宙》：“目前，我们测量太阳磁场的方法通常局限于太阳表面或光球层，或者在极少数情况下，从较高的太阳大气层测量磁场，测量缺乏追踪重联过程演变的时间节奏。
“因此，科学家一直在使用涉及耀斑带的代理测量来计算磁重联特性，例如磁重联通量。”
Corchado-Albelo继续说道：“大量的统计工作表明，这些耀斑带得出的测量结果与其他耀斑变量(如太阳耀斑强度)有很好的相关性。这些结果促使我们研究太阳磁重联通量在太阳耀斑期间如何随时间变化。
“当检查磁重联通量的变化率时，我们发现大量耀斑表现出爆发，这种爆发让人回想起多波长发射中常见的复杂振荡特征，称为准周期脉动(QPP)。”
在这项研究中，研究人员分析了一组M级和X级太阳耀斑的高分辨率图像数据，并使用已知的耀斑带计算机数据库对73个从C级到X级的太阳耀斑进行了统计分析，以确定QPP特性。
更好地理解造成QPP的机制将有助于更深入地了解太阳耀斑能量和太阳大气内的活动以及它们与太阳磁重联的关系。
此前对QPP的研究包括利用欧洲航天局的XMM-Newton太空望远镜观测QPP、研究其与反复喷流的关系，以及对QPP进行全面的分析。那么，这项研究最重要的结果是什么呢?
Corchado-Albelo告诉《今日宇宙》：“我们的研究结果表明，磁重联率的爆发确实可以描述为QPP，其特征与同一太阳耀斑的X射线发射中发现的特征相似。”
“这一结果表明，耀斑带所描述的磁重联通量的调制过程与X射线QPP的形成过程相关，即使不相同。”
Corchado-Albelo继续说道：“当观测可用时，耀斑带的形态演变的进一步证据表明，磁重联区域(称为电流片)中的太阳等离子体经历了一些等离子体不稳定性。我们的研究结果尚不确定是什么过程导致了磁重联通量和X射线发射中同时观察到QPP。”
除了上述描述外，太阳磁重联还涉及太阳巨大的磁场，也称为太阳发电机。尽管其规模比地球磁场大得多，但其行为可能同样不稳定，因为众所周知，地球磁场会因与太阳每天发出的太阳风相互作用而发生变化。
与地球不同，太阳的表面不断变化，因为它本质上是一个巨大的等离子球，并导致其磁场内更加不稳定的行为。
这种现象通常会导致太阳磁场线在太阳旋转时变得混乱，特别是当太阳表面不断旋转时，从而导致周期性的太阳黑子和太阳活动，包括太阳耀斑。因此，这项研究对我们理解太阳磁场有何影响?
Corchado-Albelo告诉《今日宇宙》：“这项研究的结果表明，太阳耀斑期间发生磁重联的区域内的等离子体涉及高度复杂的动力学。”
“了解这些动态的起源可以帮助我们诊断耀斑重联所涉及的太阳磁场的性质。这些特性可能有助于我们限制耀斑磁场的几何形状，以及重联区域磁场的强度。
“这些特性对于我们更好地限制太阳耀斑模型具有重要价值，在太阳耀斑的基本物理原理与太阳、恒星耀斑相当的情况下也是如此。”
与之前讨论的第一项研究一样，这项研究旨在更好地了解太阳耀斑活动和空间天气，后者对从通信到电力等太空和地面活动有直接影响。
更好地了解太阳耀斑活动可以帮助科学家更好地预测太空天气，特别是因为太阳每11年经历一次所谓的太阳周期，此时太阳磁场发生翻转，导致太阳黑子和其他太阳活动(包括太空天气)增多。因此，这项研究对我们了解太阳耀斑和太空天气有何影响?
Corchado-Albelo告诉《今日宇宙》：“X射线发射中的QPP是太阳和恒星耀斑的常见特征，众所周知。然而，对于X射线QPP形成的过程，尚未达成完全共识。
“我们的研究结果提供了直接证据，表明这些QPP至少与调节耀斑磁场动态演变的过程有关。这是朝着了解重联区域内的等离子体粒子如何加速并产生太阳耀斑中观察到的QPP的细节迈出的一步。”
Corchado-Albelo继续说道：“所有这些细节都需要通过耀斑模型进行重现，以便真实地再现太阳中发生的过程，然后可以用来预测太阳耀斑及其特性。这是以可靠方式预测太空天气的宝贵第一步。”