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太陽發火：解開日焰之謎


日焰是太陽大氣中常見的猛烈爆發現象，它的能量從何而來？科學家已經有了眉目。

撰文╱霍爾曼（Gordon D. Holman）

翻譯／李沃龍


在2003年10月底與11月初，科學家見證了一些破紀錄的超大型日焰（又稱太陽閃焰）。這些大量流出的帶電粒子很顯然抵達了地球附近的上空──遠離其源頭整整1億5000萬公里。到達我們周遭區域的粒子風暴有時候太過猛烈，使得許多科學與通訊衛星必須暫時停止運作，有些衛星甚至慘遭毀損；而國際太空站上的太空人也遭到危及，必須躲入防護比較良好的推進艙中。在地表附近，飛機必須繞道避開高緯度區域，以防止機師可能遭遇的電波通訊問題，以及乘客與飛航組員可能因而暴露在令人憂慮的大量輻射之下。還有，工程師也必須小心地監看電極板網柵，以防驟然而至的電力浪湧。除此之外，瑞典南部有五萬名居民，遭受短暫停電之苦。


還好，地球的磁場與大氣可以保護絕大多數的人免於更猛烈的太陽風暴蹂躪。但因人類社會越來越倚重現代科技，使得每個人或多或少會受影響。在大型日焰噴發的過程中，可能造成最大傷害的是從太陽外層大氣快速射出的物質──太空物理學的術語稱為「日冕團塊噴射」。這類事件有時會送出大量的游離氣體並撞擊地球，2003年的超大型日焰中，就發生了好幾起這樣的事件。


雖然科學家早就想要搞清楚，究竟是什麼驅動了日焰以及經常隨之而生的日冕團塊噴射，但直到最近10年左右的觀測結果，才精良至足以揭露它們錯綜複雜的樣貌，並闡明背後的物理機制，這得歸功於1990年代才引入的新技術。磁場線的突然重新排列被證明是事情的關鍵，這是一種稱為「重連」的現象。


200萬K的高溫仍不嫌猛烈


地球上的天氣型態雖然複雜，但至少是源於我們所熟悉的過程：日光加熱、氣壓差異與風的變遷模式等，所以大多數人能夠很直觀的理解為何今天出大太陽而明天卻下大雨。相對的，日焰與其他「太空天氣」卻牽涉到磁場與高熱游離氣體（也就是其組成原子之電子已被剝除）間的交互作用。這一類的交互作用無法直接看到，即便是專家也很難以想像。用來解釋這些行為如何產生日焰的最佳理論──磁力線重連，早在1950和1960年代就已提出，但卻一直等不到相關的觀測證據，以至於有些太空物理學家開始懷疑這個理論的價值何在。