當太陽變成“小星星”——“羲和號”教你從光譜中讀懂恒星大氣爆發活動

導語

讀者朋友，你可曾想象過，如果太陽也像夜空中的那些星星一樣，距離我們非常遙遠，變成浩瀚星空中一個微弱的亮點，我們還能捕捉到它的大氣中所發生的暗條爆發、耀斑、日冕物質拋射等劇烈活動的跡象嗎？此外，太陽上的各類爆發活動在其他恒星上是否也會類似上演？為了回答這些問題，我們借助太陽衛星“羲和號”的觀測，把太陽當作一顆普通的遙遠恒星來研究，試圖通過恒星整體光譜去讀懂它的“喜怒哀樂”。

一、為什么需要「把太陽當作一顆遙遠恒星」來研究？

在廣袤的宇宙中，恒星是行星系統的“中心舞臺”。像太陽這樣的恒星，時常會通過暗條爆發、耀斑和日冕物質拋射等活動，深刻影響其周圍行星的空間環境與大氣狀態，甚至可能決定生命能否生存。然而，絕大多數恒星離我們太過遙遠，在望遠鏡中它們只是一個個小光點，我們無法像觀測太陽那樣看清它們表面的細節。但是當這些遙遠恒星的大氣中發生“發脾氣”式的爆發時，它們的整體觀測特征也會隨之變化，其中恒星整體光譜便蘊含了豐富的恒星大氣爆發活動信息。

為了“翻譯”這些遙遠恒星的整體光譜信息，科學家們提出了一種巧妙的研究方法——?“Sun-as-a-star”（把太陽當作一顆遙遠恒星）?。簡單來說，就是把太陽的成像和光譜觀測數據，在整個日面上進行“空間積分”——也就是把整個太陽當作一個點光源來處理，然后與遙遠恒星的觀測結果進行對比，看看太陽的哪些爆發特征在其他恒星的觀測數據中也能被找到。

二、“羲和號”帶來了哪些新的發現？它們對理解恒星大氣爆發活動有什么啟發？

我國的“羲和號”衛星提供了高質量的太陽全日面Hα光譜觀測數據。基于這些數據，來自中國科學院國家天文臺、紫金山天文臺和南京大學的聯合團隊，對幾種不同類型的太陽爆發進行了深入分析。他們并?不只是對爆發區域籠統地分析，而是把太陽爆發源頭劃分成不同的小區域，每個區域由不同物理過程主導?，分區域地開展積分光譜研究，取得了以下發現：

1、耀斑帶如同“紅色火焰”?：在這里，空間積分后的Hα光譜展現出持續的線心輻射增強、譜線增寬和紅翼不對稱特征——這是太陽耀斑中色球壓縮過程的“典型指紋”。

2、爆發暗條好似“藍色魅影”?：在其不同的演化階段?，積分光譜展現出?加速的藍移吸收 → 減速的藍移吸收 → 紅移吸收?的完整變化過程，正好記錄了太陽暗條中冷等離子體從抬升、減速到最終回落的全過程（如圖1所示）。

3、新發現修正傳統認知?：傳統觀點認為，Hα光譜中的藍移吸收信號就是暗條成功爆發并產生日冕物質拋射的證據，但這項研究卻表明有時看到藍移吸收，可能只是暗條“嘗試起飛卻失敗墜回”；而有些被確認伴隨日冕物質拋射的真正的暗條成功爆發事件，反而可能因為耀斑帶輻射太強而“隱身”——在Hα光譜中沒有明顯的藍移吸收信號（如圖2所示）。這一現象或許能解釋為什么過去借助恒星Hα光譜觀測確認的日冕物質拋射事件非常少。因為能被我們清楚看到的恒星爆發，大多是比太陽耀斑強得多的“超級耀斑”，它們發出的強光很容易掩蓋掉暗條爆發留下的痕跡。

三、展望

研究團隊還結合美國SDO衛星的極紫外光譜數據分析發現：同一個暗條爆發事件在更高溫譜線中觀測到的等離子體運動速度要普遍高于Hα譜線（如圖3所示），二者結合能夠更好地刻畫暗條演化的完整過程，為診斷后續可能形成的日冕物質拋射提供更好地觀測限制。對此，?研究人員強調?：“這項研究為從恒星整體Hα光譜數據中解構出爆發源區的相關物理過程提供了關鍵線索，也表明了來自紫外、X射線、射電等不同波段的協同觀測對于我們全面理解太陽與恒星大氣爆發活動的重要價值。”這意味著，未來若推動涵蓋多波段的太陽-恒星聯合觀測項目，將幫助我們在“恒星如何影響其周圍行星宜居性”這一前沿領域取得更多突破。

圖1. “羲和號”衛星觀測到的一個伴隨失敗暗條爆發的耀斑事件。爆發源區在Hα線心和線翼的成像（a1–a3）、多普勒速度場（b1–b2），以及分區積分的Sun-as-a-star Hα時序光譜（c1–c4，分別對應整體源區、暗條抬升區、耀斑帶和暗條下落區）。

圖2. 一個X9.0級大耀斑事件在Hα線心的成像（a）、LASCO C2的白光波段CME成像（b）和Sun-as-a-star Hα時序光譜（c）。

圖3. 伴隨成功爆發（a、b）以及失敗爆發（c）暗條的耀斑事件的Hα和OV時序光譜。底色圖表示爆發源區整體積分的Sun-as-a-star Hα光譜，灰色陰影區域為全日面積分的OV光譜。

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作者簡介

侯義軍，中國科學院國家天文臺項目研究員、博士生導師，主要從事太陽黑子、太陽暗條/日珥、太陽爆發活動與恒星爆發活動等方向的研究。。

本文轉載自《中國科學院國家天文臺》微信公眾號

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