太陽發火：解開日焰之謎 < 摘自科學人雜誌 2006年5月號 >
日焰是太陽大氣中常見的猛烈爆發現象，它的能量從何而來？
科學家已經有了眉目。
撰文╱霍爾曼（Gordon D. Holman）
翻譯／李沃龍
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在2003年10月底與11月初，科學家見證了一些破紀錄的超大型日焰（又稱太陽
閃焰）。這些大量流出的帶電粒子很顯然抵達了地球附近的上空──遠離其源頭
整整1億5000萬公里。到達我們周遭區域的粒子風暴有時候太過猛烈，使得許多
科學與通訊衛星必須暫時停止運作，有些衛星甚至慘遭毀損；而國際太空站上的
太空人也遭到危及，必須躲入防護比較良好的推進艙中。在地表附近，飛機必須
繞道避開高緯度區域，以防止機師可能遭遇的電波通訊問題，以及乘客與飛航組
員可能因而暴露在令人憂慮的大量輻射之下。還有，工程師也必須小心地監看電
極板網柵，以防驟然而至的電力浪湧。除此之外，瑞典南部有五萬名居民，遭受
短暫停電之苦。
http://sa.ylib.com/read/images/200605sun1.jpg
太陽大氣的突然爆炸，在短短幾分鐘內，釋放出相當於數十億顆原子彈的能量。
起因是太陽磁場突然重新排列，呈拱形穿出太陽表面。藉由觀察磁場中的灼熱氣
體，可以追蹤這種磁力線重連的現象。
還好，地球的磁場與大氣可以保護絕大多數的人免於更猛烈的太陽風暴蹂躪。
但因人類社會越來越倚重現代科技，使得每個人或多或少會受影響。在大型日焰
噴發的過程中，可能造成最大傷害的是從太陽外層大氣快速射出的物質──太空
物理學的術語稱為「日冕團塊噴射」。這類事件有時會送出大量的游離氣體並撞
擊地球，2003年的超大型日焰中，就發生了好幾起這樣的事件。
雖然科學家早就想要搞清楚，究竟是什麼驅動了日焰以及經常隨之而生的日冕
團塊噴射，但直到最近10年左右的觀測結果，才精良至足以揭露它們錯綜複雜的
樣貌，並闡明背後的物理機制，這得歸功於1990年代才引入的新技術。磁場線的
突然重新排列被證明是事情的關鍵，這是一種稱為「重連」的現象。
200萬K的高溫仍不嫌猛烈
地球上的天氣型態雖然複雜，但至少是源於我們所熟悉的過程：日光加熱、氣
壓差異與風的變遷模式等，所以大多數人能夠很直觀的理解為何今天出大太陽而
明天卻下大雨。相對的，日焰與其他「太空天氣」卻牽涉到磁場與高熱游離氣體（
也就是其組成原子之電子已被剝除）間的交互作用。這一類的交互作用無法直接
看到，即便是專家也很難以想像。用來解釋這些行為如何產生日焰的最佳理論─
磁力線重連，早在1950和1960年代就已提出，但卻一直等不到相關的觀測證據，
以至於有些太空物理學家開始懷疑這個理論的價值何在。
科學家普遍認為日焰所釋放出來的能量，必須先儲存於太陽的磁場中。這項推
測的事實基礎，是日焰噴發之處，都在高於太陽平均磁場強度之活躍區域內。這
些區域由於太陽黑子的出現（太陽黑子是太陽磁場最強且看起來較暗的區塊），
非常容易辨識。在這些區域裡，磁力線從表面延伸進入日冕（也就是太陽大氣的
外層）中，因拱起而形成寬闊的環圈，用以捕捉溫度達好幾百萬K的灼熱氣體。
這樣的高溫足以使被控制住的氣體發出極紫外輻射和X射線（見延伸閱讀1）。源
於此種磁場特性的閃焰，偶爾會自活躍區域噴發，使得環圈中的氣體被加熱到非
比尋常的高溫，大約1000萬~4000萬K之間。
長久以來，除了這種閃焰與強磁場的關聯之外，日焰噴發的詳細情形依然模糊
不清。例如，天文學家逐漸明瞭涉及閃焰的磁場環圈與高熱氣體，和在活躍區域
中其他地點所發現的結構雖然非常相似，但可能有很大的差異。第一個徵兆來自
大約14年前，日本陽光（Yohkoh）人造衛星所做的測量，那是第一個可延伸至中
高能X射線波段（如此才容易檢測出高熱氣體）拍攝日焰影像的太空探測器。在
一些日焰現象中，磁場環圈頂部顯現出神奇的尖端，看起來就像是有尖頂的哥德
式拱門，而非一般常見的圓頂。
當時還是日本東京大學研究生的增田（Satoshi Masuda）在檢驗陽光人造衛星
拍攝的影像時，發現1992年的一次日焰，在頂部尖端區域發射了一大團頗不尋常
的高能量（短波長）X射線。他認為那個來源是一團超高熱氣體（約1億K），在
短波長X射線上看起來非常明亮。另一個可能是，有某樣東西將此區域內的電子
加速至很高的速度，使它們在碰到周遭氣體中的離子時，突然減速而輻射出X射
線。
這兩個可能的解釋，不論何者，都同樣令人困惑。假如那種烈焰是由氣體所
構成的，怎麼會被限制在如此小的區域呢？另外，假如X射線起因於加速的電子
轟擊離子，為何輻射只來自靠近環圈頂端的緻密源頭，而非環圈底部氣體密度
最高之處呢？
< 待續 >
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