我們每天見到的太陽看起來表面平靜，如同溫和的“暖男”，而它也有著自己獨特的“脾氣”太陽爆發(fā)。為了更好地理解這位鄰居，我國于2022年派出了頂尖的“太陽觀測員”——“夸父一號”衛(wèi)星。就在今年7月5日，這位辛勤的觀測員迎來了在軌運行1000天的紀(jì)念日，并帶來了一個打破傳統(tǒng)認(rèn)知的新發(fā)現(xiàn)。

對此，“夸父一號”HXI載荷科學(xué)家、中國科學(xué)院紫金山天文臺研究員蘇楊對蝌蚪君表示，此次的發(fā)現(xiàn)可以概括為在太陽的“小脾氣”里挑出所有“身材小，力量大”的特殊事件，做了個全面“體檢”，在電子加速、耀斑和拋射關(guān)聯(lián)這幾項上有了些意外發(fā)現(xiàn)，為理解太陽爆發(fā)的本質(zhì)提供了新線索。

1太陽的“脾氣”：耀斑與日冕物質(zhì)拋射

在揭開這個新發(fā)現(xiàn)的面紗之前，我們首先來認(rèn)識一下太陽的兩種主要“發(fā)脾氣”方式：太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射（CME）。

其中，太陽耀斑可以想象成太陽表面的一次次超強“閃光燈”，可在短短幾分鐘到幾十分鐘內(nèi)釋放出巨大的能量，就像一次次劇烈的能量爆炸。而日冕物質(zhì)拋射則更像是一次猛烈的“打噴嚏”，將數(shù)十億噸的太陽物質(zhì)（磁場裹挾著等離子體）以極高的速度拋向太空，形成巨大的物質(zhì)“炮彈”。

長久以來，科學(xué)家們認(rèn)為這兩者就像是孿生兄弟，常常“如影隨形”。特別是當(dāng)太陽發(fā)“大脾氣”時（比如最強的X級耀斑），耀斑和日冕物質(zhì)拋射幾乎是百分之百會同時出現(xiàn)。這就好比，閃電越亮，雷聲通常也越大。

無論是黑子、太陽耀斑亦或日冕物質(zhì)拋射， 它們能量的根源都是太陽磁場 （來源：中國科學(xué)院紫金山天文臺）

2意外發(fā)現(xiàn)：不按常理出牌的“小脾氣”

科學(xué)家們根據(jù)耀斑的軟X射線亮度，將其分為A、B、C、M、X五個級別，威力依次以十倍增強。C級耀斑屬于比較溫和的“小脾氣”。按照常理，這種小規(guī)模的爆發(fā)，能量和威力都應(yīng)該相對有限。

然而，“夸父一號”的火眼金睛——硬X射線成像儀，在2022年底到2024年初的數(shù)據(jù)中，發(fā)現(xiàn)了一群“反常”的C級耀斑。

研究團隊在硬X射線成像儀（HXI）探測到的1300多個C級耀斑中，篩選出了127個特殊案例。這些耀斑雖然在整體亮度上只是“C級”，但它們內(nèi)部卻能產(chǎn)生能量很高的電子，其加速效率甚至不輸給那些“大脾氣”的M級或X級耀斑。這就像一個外表文靜的人，身體里卻蘊含著短跑冠軍的爆發(fā)力，非常出人意料。其實，在A、B級中也曾發(fā)現(xiàn)過這種案例。這次，團隊把HXI看到的全找出來，做了個全面“體檢”。

3更大的謎團：為何“只打雷，不下雨”？

這個結(jié)果引出了一個更大的謎團。既然這些C級耀斑里的電子能量如此之高，按照“閃電越亮，雷聲越大”的邏輯，它們理應(yīng)比普通的C級耀斑更容易伴隨日冕物質(zhì)拋射。根據(jù)以往的統(tǒng)計研究結(jié)果，普通的C級耀斑有伴隨日冕物質(zhì)拋射的占比可達20%，研究預(yù)測高能C級耀斑有伴隨日冕物質(zhì)拋射的占比應(yīng)更高。

但觀測結(jié)果卻令人意外：在127個“高能C級耀斑”事件中，只有5例伴隨著日冕物質(zhì)拋射，占比不到4%！而且這少數(shù)幾例還是規(guī)模較小較特殊的“噴流型”CME。

這完全不符合“耀斑與日冕物質(zhì)拋射如影隨形”的傳統(tǒng)模型。這就好比我們看到了極其耀眼的閃電，卻幾乎聽不到雷聲，完全不符合常理。

對此，中科院紫金山天文臺研究員蘇楊對蝌蚪君解釋道：“按照當(dāng)前的理解，當(dāng)一個磁繩結(jié)構(gòu)（也就是日冕物質(zhì)拋射的種子，往往是暗條、日珥、熱通道、溫通道、熱環(huán)等）因各種原因失去平衡向外拋出時，會產(chǎn)生磁重聯(lián)過程，這是太陽爆發(fā)能量釋放的主要形式，一方面產(chǎn)生‘閃光’耀斑，同時也可以進一步推動‘雷聲’CME的拋出。但是，我們研究的高能C級耀斑里，卻幾乎沒有拋出的CME，僅有耀斑?！?/p>

2013年，太陽噴發(fā)出的物質(zhì)。（來源：NASA）

這一“反?！爆F(xiàn)象意味著什么呢？

科學(xué)家們推測，這些“高能C級耀斑”的產(chǎn)生機制，可能與目前人們熟知的標(biāo)準(zhǔn)太陽爆發(fā)模型完全不同。它們高效的能量釋放和電子加速，或許和其非拋射型的磁場結(jié)構(gòu)相關(guān)。反過來，這也為我們進一步理解常規(guī)的爆發(fā)型事件提供了一個視角。

對于背后的原因，中國科學(xué)院紫金山天文臺研究員蘇楊對蝌蚪君表示，很可能和其中比較封閉的磁場特性有關(guān)，這也正是他的研究團隊下一步的研究目標(biāo)。蘇楊研究員解釋說：“這有可能是解開電子加速和耀斑能量釋放謎題的一把鑰匙?！?/strong>

這個由“夸父一號”帶來的新發(fā)現(xiàn)，為科學(xué)家理解太陽如何加速粒子、以及耀斑與日冕物質(zhì)拋射的真實關(guān)系提供了全新的視角和線索。探索耀斑和CME之間以及它們和磁場之間的本質(zhì)關(guān)聯(lián)，正是“夸父一號”的主要目標(biāo)。

 “夸父一號”追日：2022年10月9日“夸父一號”發(fā)射升空 開啟了中國綜合性太陽空間觀測的時代 （來源：中國科學(xué)院紫金山天文臺）

4“逐日英雄”——夸父一號

“夸父一號”的正式名稱是“先進天基太陽天文臺”（ASO-S）。它的名字源于中國古代神話“夸父逐日”，這個故事不僅表達了先民探索自然的無畏精神，也寄托著中華民族千百年來揭開太陽神秘面紗的不懈求索。從“嫦娥奔月”到“夸父逐日”，這完美詮釋了中國人探索宇宙的獨特情懷與浪漫。

2022年10月9日，這顆由我國科學(xué)家自主提出的太陽探測衛(wèi)星，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心搭乘長征二號丁火箭成功升空，運行在距離地球約720公里的軌道上，實現(xiàn)了我國天基太陽綜合性探測的跨越式突破。

它的核心使命可以用一個詞概括：“一磁兩暴”?！耙淮拧敝傅氖翘柎艌觯@是太陽一切活動的“總導(dǎo)演”，“兩暴”則指太陽上最劇烈的兩種爆發(fā)現(xiàn)象——太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射。

“夸父一號”的目標(biāo)，就是同時觀測這三者，搞清楚太陽磁場是如何“導(dǎo)演”出耀斑和日冕物質(zhì)拋射這兩場“宇宙大戲”的，以及它們之間究竟有何內(nèi)在聯(lián)系。這不僅能滿足人類的好奇心，更能為航天、通信、導(dǎo)航等活動需要的空間天氣預(yù)報提供數(shù)據(jù)和理論支持。

“夸父一號”的三件“神器” （來源：中國科學(xué)院紫金山天文臺）

為了完成任務(wù)目標(biāo)，我國科學(xué)家為“夸父一號”配備了三件“神器”：全日面矢量磁像儀、硬X射線成像儀、萊曼阿爾法太陽望遠鏡。這三臺載荷協(xié)同作戰(zhàn)，使我們首次能在一顆衛(wèi)星上，實現(xiàn)對太陽磁場、耀斑和日冕物質(zhì)拋射“前因后果”的全程同步觀測。

目前，太陽正處于第25活動周的高峰期，“夸父一號”將繼續(xù)堅守崗位，揭開更多關(guān)于太陽的奧秘。此次發(fā)表在國際頂尖天文學(xué)期刊《天體物理學(xué)雜志快報》上的成果，正是它獻給千日紀(jì)念的一份厚禮。

2024年10月3日 夸父一號萊曼阿爾法太陽望遠鏡（LST） 載荷記錄的X9級大爆發(fā) 這是太陽第25活動周迄今最強爆發(fā) (“夸父一號”團隊供圖）

2024年10月3日，太陽出現(xiàn)X9級大爆發(fā) 夸父一號硬X射線成像儀（HXI） 獲得的硬X射線動態(tài)能譜圖（“夸父一號”團隊供圖）

談及“夸父一號”已取得的成果和未來的期待，蘇楊研究員對蝌蚪君表示，“夸父一號”已觀測到數(shù)以千計的大大小小的爆發(fā)活動，在白光耀斑、萊曼阿爾法爆發(fā)特性、高能電子屬性、太陽X射線各向異性等方面取得了重要的成果，同衛(wèi)星相關(guān)的工程技術(shù)和前沿研究文章總數(shù)超過了150篇。蘇楊研究員還表示“夸父一號”將持續(xù)觀測和記錄更豐富的資料，并聯(lián)合我國“羲和號”等國內(nèi)外的其他設(shè)備，有望在太陽爆發(fā)活動本質(zhì)的理解上獲得突破。

作者：劉允

審核專家：蘇楊 “夸父一號”HXI載荷科學(xué)家、中國科學(xué)院紫金山天文臺研究員

本文來源科普新媒體平臺“蝌蚪五線譜”，已經(jīng)授權(quán)發(fā)布