太陽閃焰是什麼?

太陽耀斑基本上是太陽表面的巨大爆炸，當太陽黑子的磁場線纏結並爆發時就會發生。太陽耀斑被定義為突然、快速、強烈的亮度變化。當太陽大氣中累積的磁能突然釋放時，就會發生太陽耀斑。物質在短短幾分鐘內被加熱到數百萬度，輻射幾乎遍及整個電磁波譜，從長波長端的無線電波，透過光發射到短波長端的 X 射線和伽馬射線。釋放出的能量相當於數百萬枚核彈同時爆炸！當太陽活躍時，太陽耀斑經常發生。在此期間的一天內可能會發生許多太陽耀斑！在太陽活動最低期間，太陽耀斑可能每週發生不到一次。較大的耀斑比較小的耀斑頻率較低。。有些(主要是較強烈的) 太陽耀斑可以將巨大的太陽等離子體雲發射到太空中，我們稱之為日冕物質拋射。當日冕物質拋射到達地球時，可能會引發地磁風暴和強烈的極光現象。

影像: 由NASA美國太空總署的太陽動力觀測衛星在193埃波長下觀測到的壯觀太陽耀斑。

太陽耀斑的分類

太陽耀斑根據GOES衛星上的XRS儀器測量到的近地1-8埃的X射線峰值通量(瓦特/平方米, W/m²) 分為A、B、C、M或X等級。下表顯示了不同的太陽耀斑等級:

每個X射線等級都是對數級的, 每一個等級比前一個強10倍, 並且每個類別範圍從1到9。例如: B1到B9、C1到C9等。最初的等級限於C、M和X。隨著後續年間儀器變得更加敏感, 可以觀測到更小的耀斑, 因此被標記為A和B等級。同樣地, 如果檢測到X10或更強的耀斑, 可能會出現Y和Z等級, 但實際上從未使用過。相反, 科學家繼續使用X級來標記非常大的耀斑(例如2003年11月4日的X40, 而不是Y4)。

A 級和 B 級太陽耀斑

A和B級是太陽耀斑中最低的等級。它們非常普遍且不太令人關注。在太陽活動最大期間，背景通量(沒有耀斑時發射的輻射量) 通常在B範圍內，在太陽活動最低期間則在A範圍內。

C級太陽耀斑

C級太陽耀斑是輕微的太陽耀斑，對地球幾乎沒有影響。只有持續時間較長的 C 級太陽耀斑可能會產生日冕物質拋射，但它們通常速度較慢、強度較弱，很少對地球產生顯著的地磁干擾。當面向地球的太陽盤上存在複雜的太陽黑子區域時，背景通量(沒有耀斑時發出的輻射量) 可能處於較低的 C 級範圍內。

M級太陽耀斑

M級太陽耀斑就是我們所說的中大型太陽耀斑。它們會在地球的白天一側造成小(R1) 到中(R2) 無線電中斷。一些爆發性的 M 級太陽耀斑也會引起太陽輻射風暴。強烈、持續時間長的 M 級太陽耀斑很可能會引發日冕物質拋射。如果太陽耀斑發生在面向地球的太陽盤中心附近，並向地球發射日冕物質拋射，那麼由此產生的地磁風暴很可能足夠強大，足以在中緯度地區出現極光。

X級太陽耀斑

X級太陽耀斑是所有太陽耀斑中最大且最強烈的。平均而言，這種強度的太陽耀斑每年約發生10次，而在太陽活動最高期間比在最低期間更加常見。在太陽耀斑期間，地球的白晝一側會出現強烈到極端(R3到R5) 的無線電信號中斷。如果太陽耀斑是爆發性的且發生在面向地球太陽盤的中心附近，它可能會引發一次強烈且持續時間較長的太陽輻射風暴，並釋放出顯著的日冕物質拋射，這可能導致地球上發生嚴重(G4) 到極端(G5) 的地磁風暴。

影像: NASA 美國太空總署的太陽動力學觀測衛星觀測到的 X 級太陽耀斑，為131 埃波長 。

在X9以上是什麼呢？X級太陽耀斑仍然持續，而不是使用新的字母表示，這些太陽耀斑通常被稱為「超級X級」太陽耀斑。然而，達到甚至超過X10等級的太陽耀斑非常罕見，在太陽週期內只發生幾次。事實上，這些強大的太陽耀斑不經常發生對地球來說是一件好事，因為其後果可能會嚴重。這樣的太陽耀斑可能引發的日冕物質拋射已知能對我們的現代技術，如衛星和電力線路，造成問題。

需要注意的一點是, 超級X級耀斑並非線性增強。一個X20太陽耀斑並非比X10強10倍。X10級太陽耀斑的X射線通量為0.001瓦特/平方米, 而X20級太陽耀斑的X射線通量為0.002瓦特/平方米, 在1-8埃的波長範圍內。

最大的太陽耀斑記錄出現在2003年11月4日, 當時正值第23個太陽活動週期。根據衛星測量, 這次太陽耀斑估計達到X40級, 創下自1976年衛星觀測以來最強紀錄。GOES-12衛星的X射線感測器在12分鐘內達到X24.86的飽和值, 後續分析推估峰值可能達到X40。不過也有科學家認為這次太陽耀斑可能更強。幸運的是, 引發這次強烈太陽耀斑的太陽黑子群已經大部分轉到地球背面。值得注意的是, 自新一代GOES衛星啟用以來, 還沒有太陽耀斑能再次造成X射線感測器飽和, 但預計飽和水平應該差不多。

太陽耀斑導致高頻 (HF) 無線電中斷

在太陽耀斑期間發射的X射線和極紫外線輻射的爆發可能導致地球的陽光一側出現高頻(HF) 無線電傳輸問題並在太陽直射區域最為強烈。在這種情況下，雖然可能影響到非常高頻高頻(HF)(3-30 MHz) 的無線電通信，在這種情況下，雖然可能影響到非常高頻(VHF)(30-300兆赫茲) 和更高頻率的信號，但通信可能出現時強時弱和接收削弱。

這些無線電信號中斷是太陽耀斑期間低電離層(D層) 中電子密度增強的結果，這導致無線電波通過此層時能量損失大幅增加。這個過程阻止了無線電波到達更高的E層、F1層和F2層，正常情況下，這些層會使無線電信號折射並反射回地球。

由太陽耀斑引起的無線電中斷是影響地球的最常見的太空天氣事件，也是最迅速影響我們的事件。每個太陽活動週期約發生2000次較小的事件。在耀斑期間產生的電磁輻射以光速傳播，從太陽到地球的時間稍微超過8分鐘。這種類型的無線電中斷可能持續幾分鐘到幾個小時，具體取決於太陽耀斑的持續時間。無線電中斷的嚴重程度取決於太陽耀斑的強度。

在當地午間的X射線無線電中斷期間，最高受影響頻率(HAF) 是基於1-8埃波長的當前X射線通量值。最高受影響頻率(HAF) 可以通過公式計算得出。以下是一個表格，其中顯示了在特定X射線通量情況下的最高受影響頻率(HAF)。

R級別

NOAA美國國家海洋和大氣管理局使用一個稱為 R 等級的五級系統，來表示X射線相關無線電中斷的嚴重程度。這個體系從R1表示較小的無線電中斷事件，到R5表示極端的無線電中斷事件，其中 R1 為最低級別，R5 為最高級別。每個 R 等級都有與其相關的特定 X 光亮度。這個範圍從R1對應於M1級的X射線通量，到R5對應於X20級的X射線通量。在Twitter上，一旦達到某個無線電中斷閾值，我們就會發出警報。由於每個中斷等級都代表特定的GOES X射線亮度，因此可以將這些警報直接與當時發生的太陽耀斑關聯起來。我們可以定義以下無線電中斷等級：

以下圖像顯示了一個X1(R3強) 太陽耀斑對地球陽光照射區域的影響。可以看到，太陽正位於頭頂的位置，最高受影響頻率(HAF) 約為25 MHz兆赫茲。低於HAF的無線電頻率會遭受更大的損失。

影像: NOAA SWPC美國國家海洋和太空天氣預報中心的D區吸收預報產品。D區吸收預測模型用作指南，以了解高頻(HF) 無線電信號退減和通信中斷可能帶來的影響。

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