太阳耀斑预报研究进展

太阳耀斑是指发生在太阳表面局部区域中突然和大规模的能量释放过程.它是空间环境的主要扰动源,对地球空间环境造成很大影响.太阳耀斑预报是空间天气预报的重要组成部分,对其研究具有重要的实用价值和科学意义.现有的大部分太阳耀斑预报模型是从观测数据提取预报因子,利用各种统计和数据挖掘技术建立预报因子与耀斑发生之间的关系模型,利用建立的模型对未来时间的耀斑发生进行预报.在预报研究中,预报因子、预报方法和预报模型是3个主要研究领域.其中预报因子的选取和数据处理尤为重要,是建立预报模型的前期工作.预报因子主要采用太阳黑子、磁场参量和分形因子等.预报方法包括统计方法、机器学习方法和数据同化方法.统计方法在早期的耀斑预报建模中用的较多,随着数据挖掘技术的发展,越来越多的机器学习方法应用到预报模型中并取得了较好效果.而近期发展的数据同化方法有更好的模型修正能力.预报模型早期基本使用静态模型,后来发展起来的动态模型具有更强的优势;而自组织临界模型在物理方面给了耀斑发生更多的解释.本文分别从这3个方面总结了耀斑预报的研究进展,结合中国科学院国家天文台太阳活动预报中心的工作,评述了一些重要的研究成果.最后,对未来的研究方向进行了总结和展望.     

新方法可提前24小时预测太阳耀斑

<正>预测太阳耀斑是困难的,因为我们并不清楚耀斑如何被触发。虽然在耀斑发生时,望远镜可以观测到并提供一些警告,但高能粒子可以在短短8分钟内到达地球——这不但可能会危及宇航员的健康,而且还会在我们作出反应之前就损坏卫星。近日,一个日本研究团队利用与太阳耀斑相关的强磁场设计的"卡帕方案",可以在太阳耀斑发生前数小时预测其发生。研究团队将该方法应用于2008年至2019年期间的数据,结果能够提前24小时预测9个最大的耀斑(被称为"X级耀斑")中的7个。这种预测太阳耀斑的新方法可以让我们在太阳耀斑发生前提前做好准备,规避潜在风险。     

基于自动特征提取方法的太阳耀斑预报模型

在太阳耀斑预报模型中,首先需要从原始观测数据中提取刻画太阳活动区特性的物理特征参量,然后使用统计或机器学习方法寻找物理特征参量与太阳耀斑发生的关系,以达到建立太阳耀斑预报模型的目的.其中,太阳活动区物理特征的提取在整个建模过程中发挥着重要的作用,活动区物理特征的优劣直接决定着预报模型性能的高低.然而,随着机器学习技术的发展,机器学习方法中的深度学习算法能够从原始数据中自动提取特征,并建立预报模型.本文利用深度学习方法建立了一个太阳耀斑预报模型.与先提取活动区物理参量、再建立预报模型的传统机器学习方法相比较,本文所建立的预报模型具有更好的预报性能.     

太阳风暴再袭地球

<正>警惕下一次强烈太阳风暴。2022年3月30日，全球多个天文台都记录到了一次超强的太阳耀斑。受耀斑产生的太阳风暴影响，东南亚和澳大利亚地区30兆赫兹以下的无线电通信完全失效。2022年4月20日，美国太阳动力学观测站于太平洋时间晚上8时57分观测到了一次太阳耀斑，亚洲一些地区的无线电通信失效。     

结合主成分分析和支持向量机的太阳耀斑预报模型

太阳耀斑是剧烈的太阳活动现象之一,耀斑的预报对人类活动有着重要的实用价值.为进一步提高太阳耀斑的预报准确率,本文在综合考虑太阳黑子活动区参量、10.7 cm太阳射电流量等预报因子的前提下,提出了结合主成分分析和支持向量机的太阳耀斑预报模型.本模型的太阳黑子活动区参量包括黑子群面积、黑子群的Mc Intosh分类、活动区日面经度延伸、可见黑子数和黑子群的磁分类.本文首先对上述参量进行了合适的属性编码并归一化建模所需数据集,然后利用主成分分析方法提取出主要特征,应用支持向量机方法建立了耀斑预报模型.最后,本文将该模型预报结果与其他预报模型的结果进行了对比,结果验证了结合主成分分析和支持向量机的太阳耀斑预报模型是一种有效的预报模型.     

太阳爆发今年最强耀斑

<正>4月15日,美国宇航局公布了一些令人惊叹的太阳图片。图片显示,今年最大规模的太阳耀斑已经爆发。此次太阳耀斑于4月11日猛烈爆发,导致地球上的无线电暂时中断。科学家表示,今年是以11年为周期的太阳活动极大年,本年中最猛烈的太阳耀斑还未发生。此次太阳耀斑被核定为M6.5级太阳风暴,这是中等级别的太阳耀斑。M6.5     

太阳耀斑中的快速涨落现象

太阳耀斑是太阳物理、空间物理和地球物理共同研究的对象,它在短暂时间内释放巨大的能量,对星际空间以及地球周围环境产生很大的影响,因此太阳耀斑研究不但对了解太阳能量发射机制有帮助,对人类生活环境变化的了解也有现实意义。本期《太阳耀斑中的快速涨落现象》对太阳耀斑中各种辐射的快速涨落的观测和理论研究作了综述。     

电离层与太阳活动性关系

秉含着不同时间尺度的太阳电磁辐射变化无疑会调制电离层. 作为电离层物理的核心 问题之一, 电离层对太阳活动性的依存关系是认知电离层结构与演变的基础. 本文简要地综 述最近一些年在电离层的太阳活动性依赖特性方面取得的进展, 涉及的内容包括: (1) 在太阳 辐射的观测与太阳活动指数方面, 以电离层研究的视角评述了太阳活动指数存在的问题, 统 计证实了太阳活动指数与EUV 辐射通量间的非线性关系, 以及改进太阳活动指数的一些努 力; (2) 阐述了在不同高度电离层的太阳活动性依赖性的工作进展, 特别是最近的统计研究发 现, 随着太阳EUV 辐射通量变化, 电离层电子密度变化趋势与所在纬度、季节、地方时和高 度有关, 可区分为准线性、放大和饱和3 种类型, 取决于不同的主控物理过程; (3) 太阳活动 历史序列和23/24 太阳活动周极低展示出太阳活动性存在极端现象, 讨论了太阳辐射极端条 件下的电离层状态; (4) 在电离层的耀斑响应方面, 对全球观测数据的分析研究揭示出耀斑期 间电离层响应与一些太阳参数的统计关系, 特别是修正了以往关于电离层响应与天顶角无关 的错误论断. 利用电离层模式成功模拟了耀斑期间电离层响应的季节、地方时变化和高度差 异等的观测特征. 以上相关工作有助于理解电离层的基本过程, 并为电离层建模、预报和相 关工程应用提供指导.     

看!最新太阳图像

正最近刚刚发布的由美国科学基金会丹尼尔井上太阳望远镜(简称"井上望远镜")拍摄的图像,以前所未有的细节揭示了太阳表面情况。井上望远镜提供的首批图像显示了覆盖整个太阳、狂暴"沸腾"的等离子体。图像中的细胞样结构(其中每个都与中国青海省面积相当)是狂暴运动的特征,这些运动把热量从太阳内部转运到太阳表面。     

前沿

正12年来最强太阳耀斑爆发2017年9月6日19时53分,中国科学院国家空间科学中心监测显示,太阳爆发X9.3级大耀斑,引发太阳质子事件和日冕物质抛射。这是太阳自2005年以来最强的一次爆发活动,开启了新一轮太阳风暴的序幕。耀斑是太阳大气局部区域突然变亮的活动现象。伴随     

级联激波触发的太阳耀斑理论

随着观测特征不断积累和丰富,太阳耀斑的理论模型也越来越多。空间观测的结果似乎只要求活动区磁场是双极拱形,与大量的电流片模型不一致。耀斑过程可能并不总是一种机制。本文从理论上进一步讨论太阳耀斑的级联爆发模型。对流区的波动能量转换为活动区的横向磁场能量,由于扭转不稳定性使磁能释放,并转换为激波动能,活动区激发的级联     

2003年重大天象预告

太阳活动太阳活动是指太阳表层的各种活动变化的总称。太阳活动的强弱直接和间接影响到地球物理现象及人类活动,所以各国都十分重视对太阳的观测和研究。太阳黑子时多时少,表示太阳活动变化。又由于太阳黑子跟太阳表面的其他活动现象(如耀斑爆发,日冕物质抛射)密切相关,因此人们用太阳黑子相对数(简称黑子数)来代表太阳活动的强弱。黑子数多时,表明太阳     

太阳中子事件的观测特征与中子能谱的计算

太阳中子事件是与耀斑活动相关的偶发性即刻粒子事件, 主要表现为地面宇宙线探测装置的计数瞬时突增. 太阳中子携带着爆发源区的物理信息: 耀斑大气的元素组成、大气高度、磁场的会聚程度以及磁流体湍动等. 相对于其他带电粒子, 中子能够不受太阳磁场和行星际磁场的束缚而直达地面. 目前, 对太阳中子事件的理论研究, 主要是通过蒙特卡罗模拟, 考虑太阳耀斑环中磁场的螺旋角散射作用和磁镜效应, 计算耀斑磁环模型里各向异性中子的产生与太阳大气高度、时间、角度和能量间的关系, 计算逃逸中子的角分布和能谱, 以及逃逸到地球附近中子的能谱. 观测方面, 主要是结合地面中子监测器记录的超出时间与空间探测到的g射线核谱线发射峰值的时间差, 利用飞行时间方法(Time of Flight Method), 考虑中子监测器的探测效率和中子在地球大气中的衰减因素, 反演日面处的中子能谱. 本文依据已确定的10例太阳中子事件, 评述基本的观测特征, 介绍相应的观测仪器, 探讨太阳中子能谱计算的两种方法(观测法和模型法), 比较不同方法获得的计算结果; 并依托羊八井太阳宇宙线探测装置(中子监测器、太阳中子望远镜), 报道对太阳中子的初步交叉探测特征(1998年11月28日GLE事件和2005年1月20日GLE事件), 指出目前亟待解决的问题.     

太阳耀斑产生前的Hα红移速度场

太阳耀斑是太阳大气中剧烈的动力学事件.在耀斑脉冲相期间,由发射光谱谱线的红不对称性计算所得的Doppler速度已经得到了广泛的研究.Fisher通过数值模拟计算认为,红不对称性是由于色球压缩区的向下运动所致.但是,在耀斑事件之前是否存在谱线的红不对称性?它与耀斑的发生是否存在着必然的联系?这对耀斑的研究和预报有着十分重要的意义.艾国祥等人对1989年太阳AR5395活动区的28次耀斑事件的观测结果进行归纳,认为:耀斑出现在0.5—2h之前的HβDoeppler红移速度区,并位于Hβ速度场反变线的红移一侧,指出无论在耀斑前或耀斑时,色球中耀斑都具有下降流的特征.我们利用南京大学太阳塔的二维CCD成像光谱仪对1993年12月26日的1N/M1.5耀斑的爆发全过程进行了Hα的CCD二维光谱观测,特别是,在耀斑初相(04:02UT)前44min(03:18UT)也获得了一幅Hα二维光谱图像,这在太阳的二维光谱观测中是十分宝贵的.所采用的Hα谱线宽度为～1.0nm,每个象元对应为0.0042nm,在图像狭缝方向的分辨率为2”00,图像视场为2.’77×1.’33.图1分别展示了耀斑爆发前,脉冲相和主相的Hα蓝翼-0.1nm等强度轮廓图.     

1989年1月18日太阳耀斑连续辐射的光谱观测

太阳白光耀斑是在局部波长范围内有连续辐射增长的耀斑。自1859年9月1日起的100多年以来,用白光、宽带滤光器和光谱方法观测到的白光耀斑只有60多个,其中,能进行物理量测量的光谱资料非常少。由这些不完整的资料表明,白光耀斑与光学耀斑在光谱上的同异点是在谱线Hα、Hβ、Hγ等线心处两者都有发射,在以上谱线线翼的发射宽度一般是前者很宽(>20),后者很窄。白光耀斑峰值功率为10~(21)J·s~(-1)(比耀斑Hα辐射功率高2—3     

太阳耀斑出现在H_βDoppler速度图的红移区的实测证据

1989年3月,太阳上出现超级太阳活动区,怀柔编号89065,Boulder编号5395,日球坐标是N33,L260。这个区是近十多年来黑子面积最大、活动最激烈的太阳活动区,发生了连续的太阳大耀斑、X射线事件和特大质子事件。北京天文台怀柔太阳观测站从3月7日至17日连续获得高质量的矢量磁图——H_β Doppler速度图,并观测到29次耀斑。这些丰富的资     

太阳耀斑期间向日面电离层相关扰动现象与分析

利用2000年7月14日太阳大耀斑期间向日面电离层GPS观测资料，对电离层此次耀斑的响应进行了研究，观测到了向日面电离层总电子含量（TEC）时间变化曲线的小同步扰动结构，扰动幅度的量级在10^15m^-2左右。通过与耀斑期间GOES卫星的软X射线辐射通量进行对比，对这些同步扰动结构进行了分析。结果表明，这些同步扰动确实存在于电离层，并与太阳耀斑辐射的演化特点有直接的关系。由软X射线辐射通量没有类似扰动的事实，可以认为该扰动主要是由于耀斑期间远紫外辐射存在的类似扰动引起的，且同步扰动发生的区域主要在电离层F区。     

溜金漱玉浣极光

从人类历史的角度看,太阳是十分稳定的。但是仔细观察太阳,表面翻滚对流,就像烧开水一样。再稍远一点看,太阳表面有一块块“黑子”,这是由于这些区域比周围的温度低造成的视觉假象。偶尔,太阳还会喷出巨大的“火苗”,有几十个地球大小,天文学家称之为“太阳耀斑”。受其影响,短波通讯被阻断,对人造地球卫星、空间站、宇航员的安     

一个大的耀斑状日珥

1979年3月27日0600UT(世界时),太阳西边缘出现一个大的耀斑状日珥。用中国科学院紫金山天文台Lyot型H_α(6562.8(?))色球望远镜(口径14厘米,焦距140厘米,滤光器透过带宽0.75(?)太阳像直径15毫米),得到了较完整的135毫米电影胶卷(ILFORD)资料。在0605UT(图1-1)时,可以看到太阳西边缘出现的两个亮的突出物。该耀斑状日珥迅速上升和扩大,到0609UT(图1-2)亮度达极大。0612UT(图1-3)开始呈环状结构,0617UT     

太阳耀斑的磁能释放机制

磁能是太阳耀斑的主要能源,但关于磁能的释放机制却众说纷纭.以往一些太阳耀斑模型或基于电流片的磁重联,或基于无力场的不稳定性,二者分别在磁能的储存和释放方面碰到困难.最近,胡友秋导出一类具奇异电流密度面(一种电流密度趋于无限但磁场连续的弱间断)的局地四极无力场解,证明该奇异电流密度面稳定,提出奇异电流密度面发展到一定程度出现的电阻耗散和不稳定性,有可能触发无力场的磁能释放,导致耀斑发生.本文采