一個巨大的太陽黑子如何釋放出太陽風暴，催生出讓我們眼花繚亂的全球極光 _太陽

2024年5月10日，俄亥俄州克利夫蘭的北極光。（圖片來源：Meredith Garofaro）
據美國太空網（Meredith Garofaro）：2024年是壯觀的太空表演的一年，其中一些可以從我們自己的后院看到。
首先，這是4月初的日全食。然后，在上周晚些時候，太陽再次成為“明星”景點：一個巨大的太陽黑子發射了一系列太陽風暴，增強了極光，使美國、歐洲和全球許多其他地區都能看到這種空靈的景象。
就我個人而言，在經歷了達拉斯的日全食后，我激動不已，我認為這將是我今年太空和科學的亮點。但周五晚上，我和媽媽在家鄉克利夫蘭看到北極光的神秘時刻是如此特別。
這種情況可能在一段時間內不會再次發生，那天晚上一切都不期而至。帶著孩子般的喜悅和對科學和太空的欣賞看著我的媽媽，看著她頭暈，一起拍照——這些都是我余生都會緊緊抓住的時刻。我還通過短信與全國各地的朋友和家人分享了這一經歷，這讓我很難決定哪一個天體占據了榜首！
如果我能很快和你一起玩：我被極光之美迷住了（并非雙關語）。看到北極光一直在我的遺愿清單上，我想勾選這個框需要仔細規劃和旅行，才能到達這種現象更常見的地方。相反，它發生在我長大的后院，在母親節周末和我媽媽在一起——如果我自己這么說的話，那真是太完美了！我們甚至在天象表演中看到了北斗七星（并拍下了它的照片；感謝我們手機中令人難以置信的技術）！

在5月10日的克利夫蘭天空秀上，北斗七星清晰可見。（圖片來源：Meredith Garofaro）
“完美”這個詞也是科學家用來描述周五晚上一切是如何發生的。為了讓極光像以前一樣廣泛可見，強烈的日冕物質拋射（CME）——一種從太陽發出超高溫等離子體的噴發——與地球磁場之間必須有一定程度的相互作用。
美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）太空天氣預測中心（SWPC）的項目協調員Bill Murtagh在電話中告訴Space.com：“（極光）是一個罕見的時刻，你可以與地球母親和宇宙融為一體；它非常完美。當它完美耦合時，負端與正端相遇，這帶來了所有的能量；這就是我們想要的。” 。
Murtagh補充道：“周五的極光非常壯觀；從佛羅里達群島、波多黎各和墨西哥都可以看到極光。” 。
造成這一歷史性事件的日冕物質拋射數量令人印象深刻，每一次都以不同的速度和軌跡移動。為了使地磁風暴達到最強大的水平——SWPC規模的G5——CME必須在同一時間或大約同一時間合并或接近地球。
Murtagh說：“使事情復雜化的是，一些速度較快的人趕上了速度較慢的人，這確實會放大情況；它呈現出一種更復雜的情況，導致更大的反應。” 。“在第一次CME到來后，很難辨別現有風暴強度如此之大時可能出現的其他CME的特征。有時你會看到“蠶食”一詞——一次CME蠶食另一次，然后又一次。這就是這種情況下發生的情況。”
據SWPC報道，周五的事件是自2003年以來的第一次極端地磁風暴。那是我們最后一次發生G5級的地磁風暴；它發生在同年10月下旬，在萬圣節前夕制造了一個相當詭異的事件。Murtagh說，最壞的情況幾乎總是與多次CME有關，比如1859年著名的卡林頓事件和1921年的紐約鐵路超級風暴。
但是，在我們能夠從肆虐的日冕物質拋射中獲得極光的閃耀和地磁風暴的產生之前，我們必須回到源頭：太陽表面上巨大而磁性復雜的太陽黑子群。科學家們表示，如此大的星團并不罕見，但會產生如此多的日冕物質拋射，導致G5地磁風暴——這種情況通常每11年太陽周期只發生幾次。
Murtagh說：“在過去的11年周期中，我們沒有任何G5風暴。當一個太陽黑子群發展起來時，它的大小通常是地球的一到三倍。磁的復雜性可能會產生一個小的耀斑，但不會太大。這是一個不斷發展壯大的太陽黑子，現在是地球的15倍。” 。“它是如此復雜，以至于在上周反復爆發。”
太陽自轉一周需要27天。當我們接近本周上半周結束時，太陽黑子群將離開視線。但在此之前，強烈的太陽耀斑和更多的地球定向CME仍然是可能的。
雖然地磁風暴給了我們一個令人驚嘆的周末，但硬幣的另一面是：對電網、GPS和衛星等技術的潛在負面影響。到目前為止，已經有一些影響的報告，包括電網的不規則性以及高頻通信、GPS和潛在的衛星導航的退化。但我們過去也經歷過太陽活動，導致了更多的破壞。
一個例子是1989年3月的X4級太陽耀斑，伴隨著CME，它與地球磁場的相互作用比預測的更強大，導致魁北克電網崩潰，并對從卡羅萊納州到加利福尼亞州的美國電網產生重大影響。像這樣的事件提醒我們注意太空天氣預報的重要性，就像我們在地球上遇到惡劣天氣時所做的那樣。這使我們能夠為最壞的情況做好準備，如果情況發展到這一點，因為當涉及到地球定向的CME向我們的星球行進的最后階段時，科學家們仍然面臨許多限制。
Murtagh說：“這是糟糕的一天，當我們遇到一次CME時，它的強度比預期的要大得多。直到最后一分鐘它撞擊L1航天器時，我才知道這一點，現在距離它撞擊地球磁場還有15分鐘，所以沒有太多的準備時間。” 。（L1是地球-太陽拉格朗日點1，這是一個引力穩定的太空點，距離我們的星球近100萬英里，即160萬公里，朝向太陽。美國國家航空航天局和歐洲航天局的聯合任務——太陽和日層天文臺航天器駐扎在L1 。）
“這幾乎就像告訴別人我們預計會有一場二級颶風，然后給他們15分鐘的準備時間，哎呀，這實際上是一場五級颶風。這就是我們的恐懼， ”Murtagh說，“如果我們能做出一個好的預測，他們就可以在準備中采取緩解措施，你猜會發生什么？”？沒有什么這就是目標；只是漂亮的燈光，沒有基礎設施的損失或損壞。到目前為止，一切都很好。"
這一發現于4月25日發表在《天文學雜志》上。