太阳风暴可能消除大气层部分电子：仅在特定区域

新浪科技讯 北京时间4月24日消息，据国外媒体报道，在强烈的太阳风暴期间，太阳表面的高能粒子被抛射到太空中，当这些粒子与地球大气层顶端碰撞时，会导致极地上空区域获得过量的电荷。然而，近期一项新研究发现，这些太阳风暴也可能产生反效果，使特定区域的电荷流失，直到那里的带电粒子几乎完全被消除。

这种奇特的现象导致大气层上层出现一些电子“几乎被清扫干净”的区域。研究者表示，对该现象的深入研究或许将为北极地区带来更好的无线电通信和导航系统。在这项新研究中，来自丹麦、美国和加拿大的科学家对2014年2月19日袭击地球的一场太阳风暴进行了分析。这场太阳风暴影响了地球北半球的电离层，被多颗卫星和天文台记录了下来。

在太阳风暴中，常常会发生日冕物质抛射（coronal mass ejection，CME），即从太阳表面释放出大量的物质和电磁辐射进入太空，当抛射方向朝向地球时，会严重冲击地球的磁场。

2014年的这次太阳风暴源于两次强烈的、直接扑向地球的日冕物质抛射，导致格陵兰岛北部上空的大气层上层出现电子过量的区域。然而，研究者同时发现，在这些区域以南，有一些宽度约480到960公里的区域，其中的电子几乎被完全清空。

太阳风暴不仅清除了这些区域内的电子，而且这种状况还持续了好几天时间。美国航空航天局（NASA）解释称，电离层中的异常现象，包括电子的消除和流入等，都可能干扰无线电通信，并削弱全球定位系统（GPS）的准确性。

目前研究人员正在对这些神秘的电子消除现象做进一步分析。“我们不知道导致这种消除的确切原因，”NASA喷气动力实验室的Attila Komjathy解释道，“一个可能的解释是，电子会与正电荷的离子重新结合，直到没有多余的电子。也可能是出现了重新分布——电子被转移并推挤出了该区域，不仅是水平方向，还有垂直方向。”

2017年4月初，太阳出现了3次强烈的耀斑爆发，导致世界许多地区出现了无线电中断。NASA近日发布了太阳动力学天文台（Solar Dynamics Observatory）拍摄的一组图片，展示了这三次太阳耀斑事件发生时的情形。这三次事件的峰值在4月2日和3日之间接连出现。

尽管这些耀斑不会对地球表面造成损伤，但它们会导致全球定位系统和通讯信号受到干扰。第一次耀斑被归类为M5.3级耀斑，峰值出现在北美东部夏令时4月2日上午4时02分（北京时间4月2日下午14时02分）。

接下来第二次耀斑事件峰值出现在同一天16时33分（北京时间4月3日4时33分），被归类为M5.7级。第三次耀斑发生在北美东部夏令时4月3日，峰值出现在上午10时29分（北京时间4月3日22时29分），为M5.8级。“M级耀斑的强度是最强烈的X级耀斑的十分之一，”NASA解释道，“M后面的数值提供了关于耀斑强度的更多信息。一次M2级耀斑的强度是M1级的两倍，M3则是M1的3倍，以此类推。”

这些耀斑事件导致了中等规模的无线电中断。“来自太阳耀斑的X射线和极远紫外线使地球大气层离子化，导致向阳侧电离层低处的活动加强，从而阻碍了通常能被电离层反射的无线电信号，”美国太空气象预报中心（Space Weather Prediction Center）称，“无线电波被电离层反射可以使发送器和接收器之间在没有清晰视线的情况下实现远距离无线电通信。活动加强的电离层会吸收无线电波，导致无线电通信中断。”

3月时，研究人员发布了对日冕的一次详细观测结果，这将有助于他们进一步了解这种大规模电磁辐射的释放机制。近期的研究中，科学家还观测了被视为耀斑事件前体的较小规模磁场。新太阳天文望远镜（New Solar Telescope）捕捉的图像显示，日冕较低部分中存在一些小规模的磁场，研究者推测这些磁场与大规模耀斑的出现有关。

此次观测的结果来自美国大熊湖太阳天文台（Big Bear Solar Observatory）的1.6米新太阳天文望远镜，该设施由新泽西理工学院负责管理与运作。研究团队表示，这是首次获得如此精细的太阳耀斑“前体”图像，或许将为研究它们的形成机制提供线索。

这些图片揭示了小型磁场出现时的情况，而这些磁场为一次更大规模的耀斑事件创造了条件。“在一个已经很强的磁场环境中，这些较小的磁场通过彼此间的重新连接——分裂之后再形成新的连接——成为耀斑的前体，”研究团队说，“这一过程为更大规模的能量释放创造了条件。通过测量，我们能够看到耀斑发生之前出现了细微的磁场通道结构，其中混合了正、负磁极性，接着我们看到磁场线出现了强烈的扭曲，表明系统中出现了不稳定的状态，而这可能触发了能量的爆发。”（任天）