预测耀斑:太阳地震学指向更佳的太阳天气预报

太阳表面下扭曲的等离子体流为预测潜在危险的太阳爆发提供了一种方法

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一个太阳科学家团队表示,他们改进了预测太阳耀斑爆发的方法,太阳耀斑是剧烈的能量爆发,可能会损坏卫星,危及轨道上的宇航员,甚至威胁到地面上的电网。航天机构、航空公司、卫星运营商和电力公司都希望获得对各种空间天气(太阳以不规则的喷发和爆炸喷射出的带电粒子和辐射流)的更好预报。

为此,美国国家海洋和大气管理局 (NOAA) 的研究科学家艾丽莎·雷纳德和她的同事利用了全球振荡网络组 (GONG) 的数据,这是一个由分布在全球的六个望远镜组成的网络,它们共同持续监测太阳。GONG 进行太阳地震学测量,跟踪太阳表面的振荡,这些振荡指向其对流内部运作。

自 2001 年以来,GONG 数据显示太阳表面有 1000 多个磁活动区,太阳耀斑就起源于此。这些活动区下方的漩涡等离子体似乎会盘绕到一个临界点——扭曲的流动(据推测,它会拖拽磁场线一起运动)会在耀斑发生前以一种明显的特征方式增强。

雷纳德说:“我们看到这种似乎发生在太阳表面之下的扭曲。”“而且这种扭曲似乎开始时非常快,然后在耀斑发生时减速到几乎为零。”在即将发表在《天体物理学杂志快报》上的一篇论文中,雷纳德和她的同事们使用了扭曲的橡皮筋的比喻——它变得越来越难扭曲,直到最终断裂。研究人员声称,通过太阳地震学跟踪太阳内部磁场的扭曲以及表面磁场的强度,空间天气预报员应该能够以前所未有的精度提前两到三天预测太阳耀斑。根据一项指标,他们的方法大致使 2008 年 12 月的一项研究中调查的预报方法的预测技能提高了一倍。

美国宇航局戈达德太空飞行中心的天体物理学家戈登·霍尔曼(Gordon Holman)没有参与这项新研究,他同意这似乎是目前预测耀斑最可靠的方法。他说,用太阳地震学观察太阳内部是一种合乎逻辑的方法,因为耀斑最终被认为是释放了太阳内部流动扭曲或剪切的磁场中积聚的能量。“由于扭曲发生在太阳表面之下,因此这才是我们需要真正关注的地方,以便能够自信地预测耀斑,”霍尔曼说。

但雷纳德和霍尔曼都表示,该方法可以进一步开发。霍尔曼指出,数据集中只有大约一半,有时甚至更少的太阳耀斑被新方法正确预测,误报率超过 50%。“所以,它仍然远非理想,”他说。“尽管如此,这是一项出色的工作,总的来说,我认为这是预测耀斑的最佳方法。”

雷纳德同意她的方法“仍然遗漏了一些事件,而且我们仍然有一些误报。我们肯定希望改进我们现有的方法。”她和她的同事们希望在下一个太阳活动高峰期到来之前,即大约三年后,能够完善一种更可行的方法。(太阳活动在一个 11 年的周期内盛衰交替;该周期中的下一个高峰期预计在 2013 年。)而美国宇航局的太阳动力学天文台计划于 2 月发射,应该能为太阳科学家提供更高分辨率的预报数据。

雷纳德补充说,一些相关的方面——特别是航空公司和军方——希望获得几乎完美的预报精度。“我不知道那什么时候会发生,”她说。霍尔曼的基准更现实:“如果能够以预测未来几天当地天气的置信水平来预测耀斑,那将是一项重大成就,”他说。

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