什么是太阳耀斑？

太阳耀斑基本上是太阳表面的一次巨大爆炸，当太阳黑子的磁场线纠结在一起并爆发时就会发生。太阳耀斑的定义是突然、快速和强烈的亮度变化。当太阳大气中积聚的磁能突然释放时，就会发生太阳耀斑。在短短几分钟内，物质被加热到数百万度，辐射几乎遍及整个电磁波谱，从长波端的无线电波，到短波端的光学辐射，再到 X 射线和伽马射线。释放的能量相当于数百万颗核弹同时爆炸！太阳耀斑是太阳在太阳极大期前后活跃时经常发生的现象。在此期间，许多太阳耀斑可能在一天内发生！在太阳极小期前后，太阳耀斑可能每周发生不到一次。大耀斑比小耀斑发生得更少。有些太阳耀斑（大多较强）会向太空发射巨大的太阳等离子体云，我们称之为日冕物质抛射。当日冕物质抛射到达地球时，会引起地磁暴和强烈的极光现象。

图片: NASA 的太阳动力学天文台在 193 埃波长下观测到的壮观的太阳耀斑。

太阳耀斑的分类

根据位于太平洋上空地球静止轨道上的 GOES 卫星上的 XRS 仪器测量的地球附近 1 至 8 埃 X 射线的峰值通量（以瓦特/平方米，W/m² 为单位），太阳耀斑可分为 A、B、C、M 或 X 级。下表显示了不同的太阳耀斑等级：

每个 X 射线等级都是对数的，每个等级比前一个等级强 10 倍，每个等级的范围从 1 到 9。例如：B1 到 B9、C1 到 C9 等。最初等级仅限于 C、M 和 X。随着随后几年仪器变得更加灵敏，可以观察到较小的耀斑，然后将其标记为 A 和 B。同样，如果检测到 X10 或更强的耀斑，Y 和 Z 可以跟在 X 之后，但这些从未被使用过。相反，科学家继续使用 X 等级来标记非常大的耀斑（例如 2003 年 11 月 4 日的 X40 而不是 Y4）

A 级和 B 级太阳耀斑

A 级和 B 级是最低级别的太阳耀斑。它们很常见，但并不引人注目。背景通量（没有耀斑时发射的辐射量）通常在太阳活动高峰期处于 B 级范围，而在太阳活动低谷期处于 A 级范围。

C 级太阳耀斑

C 级太阳耀斑是对地球几乎没有影响的小太阳耀斑。只有持续时间较长的 C 级太阳耀斑才可能产生日冕物质抛射，但它们通常速度慢、强度弱，很少对地球造成严重的地磁干扰。当面向地球的太阳圆面上有一个复杂的太阳黑子区时，本底通量（没有耀斑时发出的辐射量）可能在 C 级范围内的较低水平。

M 级太阳耀斑

M 级太阳耀斑就是我们所说的中大型太阳耀斑。它们会在地球白天一侧造成轻度（R1）至中度（R2）无线电中断。一些爆发性的 M 级太阳耀斑也会引起太阳辐射风暴。强烈、持续时间长的 M 级太阳耀斑很可能引发日冕物质抛射。如果太阳耀斑发生在面向地球的太阳圆面中心附近并向我们的星球发射日冕物质抛射，则由此产生的地磁暴很有可能足够强烈，从而在中纬度地区形成极光。

X 级太阳耀斑

X 级太阳耀斑是所有耀斑中规模最大、强度最强的。平均而言，这种规模的太阳耀斑每年发生约 10 次，在太阳活动高峰期比太阳活动低谷期更常见。在太阳耀斑期间，地球的白天一侧会发生强烈到极强（R3 到 R5）的无线电中断。如果太阳耀斑爆发并发生在面向地球的太阳圆面中心附近，则可能引发强烈且持久的太阳辐射风暴并释放出显著的日冕物质抛射，从而导致地球发生严重（G4）到极强（G5）的地磁风暴。

图片: NASA的太阳动力学天文台在 131 埃波长下观测到的 X 级太阳耀斑。

那么 X9 以上是什么呢？X 级在 X9 之后继续存在，而不是换一个新的字母，这些太阳耀斑通常被称为“超X级”太阳耀斑。然而，达到甚至超过 X10 级的太阳耀斑非常罕见，在一个太阳周期中只出现几次。实际上，这些威力强大的太阳耀斑不常发生是件好事，因为对地球造成的后果可能很严重。众所周知，这种太阳耀斑可能引发的日冕物质抛射会对我们的卫星和电线等现代技术造成影响。

对于超 X 级耀斑，需要注意的一点是，X20 级太阳耀斑的强度并非是 X10 级太阳耀斑的 10 倍。X10 级太阳耀斑的 X 射线通量为 0.001 瓦/平方米，而 X20 级太阳耀斑的 X 射线通量为 0.002 瓦/平方米（波长 1-8 埃）。

据估计，自 1976 年卫星开始测量太阳耀斑以来，2003 年 11 月 4 日第 23 个太阳周期期间发生的 X40 太阳耀斑是有史以来最大的太阳耀斑。GOES-12 卫星上的 XRS 长通道在 X24.86 的强辐射下饱和了 12 分钟。后来对现有数据进行分析后得出的估计峰值通量为 X40，但也有科学家认为这次太阳耀斑比 X40 更强。对我们来说，一件好事是在 X40 太阳耀斑发生时产生这次耀斑的太阳黑子群大部分已经转过了面向地球的太阳圆面。值得注意的是，自新一代 GOES 卫星问世以来，还没有发生过使 XRS 信道饱和的太阳耀斑，但预计它将以大致相同的通量水平达到饱和。

太阳耀斑造成的高频（HF）无线电中断

太阳耀斑期间发射的 X 射线和极紫外线辐射脉冲，会对地球日照面的高频 (HF) 无线电传输造成问题，在太阳直射的地方最为强烈。在这种情况下，受影响的主要是高频（HF）（3-30 MHz）无线电通信，尽管衰减和接收能力下降可能会波及甚高频（VHF）（30-300 MHz）和更高的频率。

这些中断现象是由于太阳耀斑期间低层电离层（D 层）的电子密度增强，导致无线电波在通过该层时损失的能量大幅增加。这一过程会阻止无线电波到达更高的 E、F1 和 F2 层，在这些层中，无线电信号通常会折射并反弹回地球。

太阳耀斑引起的无线电中断是影响地球最常见的空间天气事件，也是影响我们最快的事件。每个太阳周期大约会发生 2000 次小事件。耀斑产生的电磁辐射以光速传播，从太阳到地球只需 8 分钟多一点。根据太阳耀斑持续时间的长短，这类无线电中断可持续几分钟到几小时不等。无线电中断的严重程度取决于太阳耀斑的强度。

当地正午 X 射线无线电中断期间的最高受影响频率（HAF）是基于 1-8 埃之间的当前 X 射线通量值。最高受影响频率（HAF）可以通过公式得出。在下面的表格中，您可以看到特定 X 射线通量下的最高受影响频率 (HAF)。

R 分级

NOAA 使用一种称为 R 分级的五级系统来指示与 X 射线有关的无线电中断的严重程度。该等级的范围从表示轻微无线电中断事件的 R1 到表示极强无线电中断事件的 R5，其中 R1 为最低等级，R5 为最高等级。每个 R 级都与特定的 X 射线强度相关。范围从表示 X 射线通量为 M1 的 R1 到表示 X 射线通量为 X20 的 R5。在 Twitter 上，我们会在达到特定的无线电中断阈值时立即发出警报。由于每个中断等级都代表特定的 GOES X 射线亮度，因此您可以将这些警报直接与当时发生的太阳耀斑联系起来。我们可以定义以下无线电中断类别：

下图显示了 X1（R3-强）太阳耀斑对地球日照面的影响。我们可以看到，在太阳直射的地方，最高受影响频率（HAF）约为 25 兆赫。低于 HAF 的无线电频率损失更大。

图片: NOAA SWPC 的 D 区吸收产品。D 区吸收预测模型可作为了解高频（HF）无线电衰减及其可能造成的通信中断的指南。

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