太陽活動（solar activity）是太陽大氣中局部區(qū)域各種不同活動現(xiàn)象的總稱，包括太陽黑子、光斑、譜斑、耀斑、日珥及日冕瞬變事件等。太陽黑子是太陽活動的基本標(biāo)志。
現(xiàn)今世界公認(rèn)的最早的黑子記事，是西漢河平元年(公元前28年)三月所見的太陽黑子現(xiàn)象。1609年，伽利略·伽利萊發(fā)明了歷史上第一具天文望遠(yuǎn)鏡，歐洲首先在1611年使用望遠(yuǎn)鏡觀察太陽黑子，開始了近代太陽物理的研究。1843年，海因里希·施瓦貝(Heinrich Schwabe)首次確定了太陽活動周期，其確定的周期為10年，不久之后，德國柏林天文臺的瑞士天文學(xué)家魯?shù)婪颉の譅柗?Rudolf Wolf)將這一周期的數(shù)值改進(jìn)為11.1年。
由于太陽上各部分的自轉(zhuǎn)速度不同，與光球層下方持續(xù)的對流，共同導(dǎo)致了太陽磁場不斷地扭曲和轉(zhuǎn)變，這就產(chǎn)生了太陽黑子和耀斑。太陽活動具有周期性特點(diǎn)，而且太陽活動狀態(tài)和太陽黑子數(shù)有明顯的關(guān)聯(lián)性。按照尺度變化、運(yùn)動速度及能量釋放的快慢，太陽活動又被分成了緩變型太陽活動和爆發(fā)型太陽活動，此外，太陽活動還有重現(xiàn)性和非重現(xiàn)性之分。
太陽的一切微小變化都可能影響地球和地球上的人類，太陽的爆發(fā)性活動可以使近地太空環(huán)境發(fā)生劇烈的變化，對地球氣候、電離層、磁場、航天活動都會產(chǎn)生劇烈影響，從而嚴(yán)重影響航天器安全和人類的生活。科學(xué)家通過不斷研究，現(xiàn)在已經(jīng)形成了以地面觀測系統(tǒng)為主，地面與空間觀測相結(jié)合的太陽觀測網(wǎng)，從而不斷提高太陽風(fēng)暴預(yù)報(bào)產(chǎn)品制作與服務(wù)水平，增強(qiáng)預(yù)報(bào)預(yù)警能力。
現(xiàn)象
太陽黑子
太陽黑子是太陽表面上的陰暗區(qū)域，一般成群出現(xiàn)，主要出現(xiàn)在太陽緯度5°～30°。它擁有很強(qiáng)的磁場，而其溫度則較其他地區(qū)低，長期觀測發(fā)現(xiàn)，太陽黑子數(shù)與太陽活動狀態(tài)有明顯的關(guān)聯(lián)性，因此太陽黑子的數(shù)量通常用作太陽活動的指標(biāo)，黑子數(shù)高稱為太陽活動高年，黑子數(shù)低稱為太陽活動低年。
太陽黑子數(shù)有大約11年的周期變化。太陽黑子數(shù)時(shí)間序列的譜分析表明，還存在著其他重要變化的周期。11年的周期并不是特別穩(wěn)定，可以在9～14年變化，比較強(qiáng)的周期似乎較早到來。太陽活動與某些地球現(xiàn)象的關(guān)系研究表明，還存在22年周期，與11年周期不太穩(wěn)定相反，22年周期相當(dāng)穩(wěn)定。
太陽黑子溫度較周圍區(qū)域低，這是由太陽黑子的磁場非常強(qiáng)，其磁場強(qiáng)度在1000～4000T，比地球上的磁場高出一萬倍。在強(qiáng)磁場作用下，太陽內(nèi)部能量通過對流方式向外傳遞就會受到抑制。所以當(dāng)強(qiáng)磁場浮現(xiàn)到太陽表面時(shí)，該區(qū)域的背景溫度會緩慢地從5700 ℃降到4000 ℃左右，使該區(qū)域以暗點(diǎn)形式出現(xiàn)，從而產(chǎn)生太陽黑子。太陽黑子傾向于成群出現(xiàn)，每個(gè)黑子群中的黑子有一兩個(gè)至幾十個(gè)，每個(gè)黑子的直徑有幾百千米至幾千千米。
在太陽活動周開始時(shí)，太陽南、北半球黑子群的平均緯度在30°附近，隨著時(shí)間推移，黑子出現(xiàn)的緯度逐漸向太陽赤道轉(zhuǎn)移，在太陽活動極大年附近為15°左右，在活動年結(jié)束時(shí)黑子群的平均緯度在8°左右。同時(shí)，在每個(gè)活動周末尾，新的黑子群又開始在高緯度出現(xiàn)，形成前一周黑子在低緯度和新一周黑子在高緯度同時(shí)存在的情形，這樣的情形大約維持一年。如果把日冕緯度作為縱坐標(biāo)，以時(shí)間作為橫坐標(biāo)，黑子分布的演化圖就像一連串翩翩起舞的蝴蝶。
日珥
日珥是太陽大氣中美麗而復(fù)雜的等離子體活動現(xiàn)象，它們由低溫、稠密的等離子體組成，動態(tài)地懸浮在光球磁場中性線上方高溫稀薄的日冕中。日珥由許多向下伸出的足連接到光球。在日面上，日珥呈現(xiàn)為暗的條狀結(jié)構(gòu)，因此又被稱為暗條。日珥的形成、維持和拋射等現(xiàn)象，是一個(gè)非常復(fù)雜的物理過程，涉及到輻射、熱傳導(dǎo)、加熱、磁場重聯(lián)、太陽重力等物理因素的非線性相互作用。
日珥的形態(tài)是多姿多彩的。有的如色球外的浮云，有的像噴泉，有的似環(huán)形拱橋。有的日珥可以高達(dá)幾萬到幾十萬千米。它們的底部在色球，而活動已深入到日冕廣闊的空間。日珥出現(xiàn)的次數(shù)和拋射的高度，都與太陽活動的周期有密切關(guān)系。一般來說，一次日珥活動要經(jīng)歷幾小時(shí)到幾十天。根據(jù)日珥的形態(tài)和運(yùn)動特征，把日珥分成3種類型：爆發(fā)日珥、寧靜日珥和不規(guī)則日珥。最為壯觀劇烈的是爆發(fā)日珥，它的物質(zhì)以幾百千米/秒的速度向外拋射。
耀斑
太陽耀斑是發(fā)生在太陽大氣層局部區(qū)域的一種最劇烈的爆發(fā)現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為在短時(shí)間內(nèi)釋放大量能量，引起局部區(qū)域瞬時(shí)加熱，向外發(fā)射各種電磁輻射，并伴隨粒子輻射突然增強(qiáng)。耀斑的持續(xù)時(shí)間為幾分鐘到幾十分鐘，在這短暫的時(shí)間里卻能釋放出1020～1025J的巨大能量，這相當(dāng)于上百億顆巨型氫彈同時(shí)爆炸釋放的能量，或者相當(dāng)于十萬至百萬次強(qiáng)大火山爆發(fā)釋放的能量總和。不過對于太陽這個(gè)巨大的能源來講，它也不過只占太陽輻射總能量的萬分之一左右。
由于太陽光球的背景輻射太強(qiáng)，因此大多數(shù)耀斑不能在白光中觀測到，輻射增強(qiáng)主要是在某些譜線上。根據(jù)觀測手段的不同，太陽耀斑主要分為光學(xué)耀斑、X射線耀斑等。通常，可見光范圍內(nèi)的單色光觀測的耀斑稱為光學(xué)耀斑，X射線波段觀測的耀斑稱為X射線耀斑，與質(zhì)子事件相對應(yīng)的耀斑則稱為質(zhì)子耀斑。
耀斑發(fā)生的規(guī)模不同，釋放的能量也會不同，對近地太空環(huán)境造成的影響也會有所不同。耀斑面積是其輻射規(guī)模的重要指數(shù)，國際上采用耀斑亮度達(dá)到極大時(shí)的面積作為耀斑級別的主要依據(jù)，同時(shí)定性地描述耀斑的極大亮度。根據(jù)耀斑的Hα單色光面積大小，光學(xué)耀斑分為S、1、2、3、4五個(gè)級別，光學(xué)耀斑的極大亮度以F、N、B表示，分別代表了弱、普通、強(qiáng)三個(gè)等級。例如最大最亮的耀斑是4B，最小最暗的耀斑是SF。
地球電離層對太陽軟X射線輻射強(qiáng)度變化反應(yīng)敏感，所以國際上也廣泛采用0.1～0.8nm的軟X射線輻射強(qiáng)度對X射線耀斑進(jìn)行定級。目前，按照美國GOES衛(wèi)星觀測的軟X射線峰值流量的量級，將耀斑分成A、B、C、M和X五級，這五級耀斑所釋放的能量依次增大。一般來講，C級以下的耀斑均為小耀斑，M級耀斑為中等耀斑，X級耀斑則為大耀斑。各等級后面的數(shù)值表示軟X射線峰值流量的具體數(shù)值，例如M4級表示耀斑軟X射線峰值流量為4×10-5W/m2。
通過長期觀測發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)耀斑都發(fā)生在黑子群的上空，且黑子群的結(jié)構(gòu)和磁場極性越復(fù)雜，發(fā)生大耀斑的概率越高。平均而言，一個(gè)正常發(fā)展的黑子群幾乎幾小時(shí)就會產(chǎn)生一個(gè)耀斑，不過真正對近地太空環(huán)境有強(qiáng)烈影響的耀斑則很少。太陽耀斑的發(fā)生頻次隨太陽活動周的變化表現(xiàn)出11年左右的周期性，爆發(fā)位置也隨時(shí)間呈現(xiàn)蝴蝶圖樣的分布。在太陽活動極大年，平均每天都有M級以上級別的耀斑發(fā)生；而在太陽活動極小年夜，幾乎全年都不發(fā)生一個(gè)M級以上級別的耀斑。
日冕物質(zhì)拋射
日冕物質(zhì)拋射(Coronal 質(zhì)量 Ejection，CME)是太陽爆發(fā)活動的重要現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為在幾分鐘至幾小時(shí)內(nèi)從太陽大氣中向行星際空間拋射出一團(tuán)日冕物質(zhì)，使很大范圍的日冕受到擾動，從而劇烈地改變?nèi)彰岬暮暧^形態(tài)和磁場位形。日冕物質(zhì)拋射的形態(tài)有很多中，主要有環(huán)狀、泡狀、云狀、束流狀、射線狀等，其中環(huán)狀最多。日冕物質(zhì)拋射向外拋出的物質(zhì)，本質(zhì)上是等離子體云，總質(zhì)量為幾十億噸到幾百億噸，速度一般從每秒幾十千米到每秒一千多千米，并攜帶著強(qiáng)烈的磁場。日冕物質(zhì)拋射出來的離子體云如果對著地球方向傳播，經(jīng)過1～4天會到達(dá)地球空間，與地球磁場相互作用。同時(shí)，當(dāng)快速日冕物質(zhì)拋射穿過太陽風(fēng)時(shí)，還會加速其中的粒子，成為強(qiáng)度高且持續(xù)時(shí)間長的高能粒子源，這就是大多數(shù)在地球附近觀測到的強(qiáng)太陽質(zhì)子事件的來源。
日冕物質(zhì)拋射的發(fā)生頻率，取決于太陽活動周的不同階段。簡單來說，在太陽活動周的極小年夜，發(fā)生率為0.5個(gè)/天；在太陽活動周的極大年，發(fā)生率為2～5個(gè)/天。日冕物質(zhì)拋射的位置隨太陽活動周的變化而變化，在太陽活動周的極小年夜，通常出現(xiàn)在赤道附近，而在太陽活動周的極大年，會分布在較大緯度范圍內(nèi)，有時(shí)會出現(xiàn)在南、北維60°附近。日冕物質(zhì)拋射經(jīng)常與其他太陽活動聯(lián)系在一起，如太陽黑子、耀斑等。在一次強(qiáng)太陽風(fēng)暴中，這些太陽活動現(xiàn)象通常均能觀測到。盡管人們對它們之間具體的聯(lián)系還未充分地了解，但現(xiàn)在普遍認(rèn)為日冕物質(zhì)拋射和耀斑具有共同成因，這些現(xiàn)象都是太陽磁場結(jié)構(gòu)大規(guī)模變動的結(jié)果。
太陽質(zhì)子事件
太陽耀斑等太陽劇烈活動爆發(fā)時(shí)，來自太陽的高能粒子經(jīng)日地空間傳播到達(dá)地球附近，引起地球軌道附近的高能粒子強(qiáng)度的突然增加事件，稱為太陽高能粒子事件。因高能粒子總數(shù)中質(zhì)子成分占了90%以上，因此又稱為太陽質(zhì)子事件。太陽質(zhì)子事件的持續(xù)時(shí)間很短且粒子能量較低，但由于其通量可超過銀河宇宙射線幾個(gè)數(shù)量級，因此由太陽質(zhì)子事件誘發(fā)的單粒子效應(yīng)不可忽視。在太陽質(zhì)子事件高能質(zhì)子的長期轟擊下，衛(wèi)星上某些儀器設(shè)備，如太陽能電池、存儲設(shè)備、姿態(tài)控制設(shè)備等的工作性能將嚴(yán)重衰退甚至失效，對于在航天器外執(zhí)行任務(wù)的宇航員也是種威脅。
太陽風(fēng)
太陽是距離人類生存空間最近的空間等離子體源，本身就是一個(gè)高溫等離子體火球，高溫高導(dǎo)電的太陽日冕氣體向外膨脹時(shí)，生成超聲速等離子體，這種連續(xù)不斷向外噴發(fā)的等離子體流稱為太陽風(fēng)。太陽風(fēng)主要由電子和正離子組成，正離子由近95%的質(zhì)子、3%~4%的雙電荷的氮離子及少量其他重離子組成。太陽風(fēng)的主體為來自太陽的徑向流，充斥行星際空間的太陽風(fēng)構(gòu)成了行星際介質(zhì)的主體，它是地球空間重要的外部環(huán)境，也是引起近地環(huán)境擾動的媒介。當(dāng)太陽風(fēng)等離子體運(yùn)動到地球磁場附近時(shí)，其與地球磁場相互作用形成了地球周圍的磁層。在磁層里充滿了各種能量的等離子體，大部分航天器在這個(gè)區(qū)城里活動。
太陽風(fēng)的參量會隨著高度發(fā)生變化，存在著復(fù)雜的時(shí)空變化結(jié)構(gòu)，它既有瞬變結(jié)構(gòu)（如行星際激波、磁云、高密度結(jié)構(gòu)等）。亦有大尺度結(jié)構(gòu)（如太陽冕洞發(fā)出的高速等離子體流、日球電流片附近的低速等離子體流等），這些結(jié)構(gòu)與太陽磁場的性狀以及源自太陽的波動及擾動等緊密相關(guān)，也就是說它們受太陽本體控制，因而太陽風(fēng)等離子體參量也有著類似太陽活動的周期性變化，以及共轉(zhuǎn)變化及瞬態(tài)變化等。同時(shí)，太陽風(fēng)中的這些結(jié)構(gòu)在行星際傳輸中還受到波一波、波-粒子、粒子-粒子等相互作用的影響。
形成原因
由于太陽不是固體，所以各部分自轉(zhuǎn)速度是不同的。舉例來說，兩極自轉(zhuǎn)周期是35天，而赤道自轉(zhuǎn)周期是25天。自轉(zhuǎn)速度的不同，與光球層下方持續(xù)的對流，共同導(dǎo)致了太陽磁場不斷地扭曲和轉(zhuǎn)變，這就產(chǎn)生了太陽黑子和耀斑。
周期
太陽活動具有周期性特點(diǎn)。通過長期的觀測結(jié)果顯示，太陽活動水平存在被稱為“太陽活動周”的周期性變化。太陽活動周通常以太陽表面黑子數(shù)量的周期性變化為標(biāo)志，其平均周期為11.2年，具體每個(gè)太陽活動周的長度為9~13年不等。太陽活動周期從太陽活動水平較低時(shí)開始計(jì)算，一般分為上升期、峰值期和下降期。在一個(gè)周期開始的4年左右為上升期，此時(shí)黑子不斷在太陽表面產(chǎn)生，數(shù)量越來越多，太陽表面發(fā)生的爆發(fā)性活動加劇，黑子數(shù)達(dá)到極大值的1年，稱為太陽活動峰年或太陽活動極大年；在隨后的7年左右時(shí)間里，日面黑子數(shù)量越來越小，太陽表面爆發(fā)性活動逐漸減弱，黑子數(shù)極小的1年，稱為太陽活動谷年或太陽活動極小年夜。
黑子既是太陽活動區(qū)的核心，又是活動區(qū)的典型標(biāo)志。新的太陽活動周開始時(shí)，日面上的黑子通常出現(xiàn)在南北半球平均緯度30°的位置，隨著時(shí)間的推移，黑子出現(xiàn)的位置逐漸向太陽赤道移動，在太陽活動周結(jié)束時(shí)，黑子出現(xiàn)的平均緯度為8°。在每一個(gè)太陽活動周的末尾，屬于新太陽活動周的黑子又開始在30°左右的日面緯度出現(xiàn)。國際上規(guī)定，第一個(gè)太陽活動周從1755年開始，然后順序排列。
類型
緩變型太陽活動和爆發(fā)型太陽活動
太陽活動現(xiàn)象可依照尺度變化、運(yùn)動速度及能量釋放的快慢被分為緩變型太陽活動和爆發(fā)型太陽活動兩類，太陽大氣中的異常結(jié)構(gòu)，如太陽黑子群、光斑、譜斑、寧靜日珥、日冕寧凝區(qū)和冕洞等都?xì)w屬于緩變型太陽活動。這些活動現(xiàn)象在幾何尺度上、位置上或能量方面的變化速度相對于爆發(fā)型太陽活動而言具有緩慢的變化率。太陽耀斑、日冕物質(zhì)拋射等則屬于爆發(fā)型太陽活動，爆發(fā)型太陽活動的能量釋放過程則更加劇烈，所以通常稱為太陽爆發(fā)活動。這些活動對地球大氣氣壓、大氣的臭氧含量和大氣電狀態(tài)都有明顯擾動作用。
重現(xiàn)性和非重現(xiàn)性
對于持續(xù)時(shí)間長的太陽活動現(xiàn)象，存在著隨太陽自轉(zhuǎn)周期的重現(xiàn)性，如太陽黑子；有些太陽活動現(xiàn)象則是爆發(fā)性的，如耀斑、日珥、日冕物質(zhì)拋射等，這些活動并不能隨著太陽自轉(zhuǎn)周期重現(xiàn)。
量化表征
表征太陽活動有不同的量化形式，最常用的有太陽黑子數(shù)、耀斑發(fā)生率、10.7 cm射電流量（F10.7指數(shù)）。太陽黑子數(shù)也稱R指數(shù)，與太陽活動存在顯著相關(guān)性，因此最常用來表征太陽活動或預(yù)測未來周期的時(shí)間和強(qiáng)度。根據(jù)R指數(shù)的變化幅度，將周期性太陽活動分為太陽活動高年和太陽活動低年。另一個(gè)度量太陽活動的指標(biāo)是太陽耀斑的發(fā)生率，它與太陽黑子數(shù)量有以下關(guān)系：Nf=α(R-10)。在公式中，Nf為在一個(gè)自轉(zhuǎn)周期27天內(nèi)觀測到的耀斑數(shù)目，R為平均黑子數(shù)，α為取決于觀測站的常數(shù)，α=1.5～2。太陽活動第三種重要的表征是10.7 cm射電通量，也稱為F10.7指數(shù)，指的是從地球表面接收到的波長為10.7 cm的太陽電磁輻射噪聲，單位是10-22W·M2赫茲1。這個(gè)量與太陽黑子數(shù)密切相關(guān)，用一窄束天線掃描太陽盤面，能畫出活動區(qū)的位置。而且F10.7指數(shù)從地面上觀測十分方便，不受天氣的影響，又很高的價(jià)值。此外，對爆發(fā)性太陽活動來說，針對不同的事件有多種表征方法，如太陽日冕物質(zhì)拋射、太陽質(zhì)子事件、高能電子暴等采用相應(yīng)的烈度、能量及通量進(jìn)行分級。
主要影響
對地球氣候的影響
太陽黑子數(shù)變化周期和地球上的氣候變化有些密切關(guān)系，雖然現(xiàn)在還沒有研究清楚具體的作用機(jī)制，但是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)世界許多地區(qū)降水量的年變化與黑子活動的11年周期有一定相關(guān)性。此外，在亞寒帶有很多樹齡很高的樹木，通過研究它們的年輪，發(fā)現(xiàn)和太陽黑子11年周期有相對應(yīng)的、有規(guī)律的疏密變化。同時(shí)從統(tǒng)計(jì)資料中發(fā)現(xiàn)，凡是太陽黑子活動的高峰年，地球上特異性的反常氣候出現(xiàn)的概率就明顯增多；相反，黑子活動低谷年，地球上的氣候變化就平穩(wěn)得多。
對地球電離層的影響
在太陽輻射的紫外線、X射線等作用下，地球大氣形成電離層，進(jìn)行無線電通信的無線電，就是靠電離層反射向遠(yuǎn)距離傳播的。當(dāng)太陽活動劇烈，特別是耀斑爆發(fā)時(shí)，在向日半球電離層D層變厚，造成靠D層反射的長波變強(qiáng)，而靠E層、F層反射的短波卻在穿過時(shí)被D層強(qiáng)烈吸收而衰減甚至中斷，出現(xiàn)“電離層突然騷擾”，這些反應(yīng)幾乎與太陽耀斑同時(shí)出現(xiàn)。當(dāng)太陽耀斑發(fā)生后，只需要8 min即可由太陽到達(dá)地球表面，經(jīng)過一段時(shí)間以后，耀斑產(chǎn)生的帶電高能粒子逐漸到達(dá)地球，在地球磁場作用下逐漸向地磁兩極運(yùn)動，因而影響極區(qū)電離層。造成高緯度地球雷達(dá)和無線電通信的騷擾甚至中斷，這被稱為“極蓋吸收”和“極光帶吸收”，其影響時(shí)間較長。
對地球磁場的影響
科學(xué)家將整個(gè)地磁場近似看做一個(gè)偶極子磁場，地球被地磁場籠罩，平時(shí)就會受到多方面影響，由太陽活動引發(fā)的磁暴現(xiàn)象是對地磁場影響最大的方面。磁暴一般發(fā)生在耀斑爆發(fā)后的20～40小時(shí)，對地磁場產(chǎn)生強(qiáng)烈擾動，磁場強(qiáng)度可以變化很大。這時(shí)太陽風(fēng)速往往增大，并且向陽面的磁面邊界（磁層頂）會從8～11個(gè)地球半徑被壓縮到5～7個(gè)地球半徑。磁暴的發(fā)生對人類活動，特別對與地磁場有關(guān)的活動都會產(chǎn)生影響，例如使羅盤磁針搖擺、不能正確指示方向，影響海上航行、飛機(jī)飛行，甚至信鴿飛行等。
在磁暴發(fā)生時(shí)，在高緯度地區(qū)常伴有極光出現(xiàn)，它是大氣中的彩色發(fā)光現(xiàn)象，五彩斑斕、形狀各異。由于來自太陽活動區(qū)的高能帶電粒子流到達(dá)地球，在地磁場作用下運(yùn)動到兩極，使極區(qū)高層大氣分子或原子激發(fā)或電離而發(fā)光。太陽活動劇烈時(shí)，極光出現(xiàn)頻次增加。在太陽活動增強(qiáng)或強(qiáng)地磁暴期間，極光現(xiàn)象可能向低緯度地區(qū)擴(kuò)展。例如，2024年5月地磁暴期間，墨西哥等地觀測到低緯度極光現(xiàn)象。
對航天活動的影響
太陽活動對航天活動的影響主要是太陽耀斑，當(dāng)大耀斑出現(xiàn)時(shí)會發(fā)射高能量的質(zhì)子，對航天活動造成嚴(yán)重威脅。高能質(zhì)子最容易到達(dá)極區(qū)，影響極軌航天器系統(tǒng)安全，引起航天器上集成電路及微電子器件的單粒子效應(yīng)、太陽電池性能退化，乃至航天員的輻射損傷。太陽爆發(fā)活動還會引起輻射帶高能電子通量增強(qiáng)，誘發(fā)航天器表面充電及內(nèi)部充電，放電產(chǎn)生的脈沖會干擾航天器上的電子系統(tǒng)及敏感器件，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)失效。此外，太陽活動的增強(qiáng)會引起整個(gè)近地空間環(huán)境擾動的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，對航天發(fā)射、在軌飛行、遙測遙控等方面帶來多方面影響。
觀測及研究歷史
現(xiàn)今世界公認(rèn)的最早的黑子記事，是西漢河平元年(公元前28年)三月所見的太陽黑子現(xiàn)象。事實(shí)上，在這以前，我國還有更早的黑子記載。在約成書于公元前140年的《淮南子》這一著作中，就有:“日中有金烏”的敘述，踆烏，也就是黑子的形象。《漢書·五行志》記載永光元年（公元前43年）出現(xiàn)了太陽黑子，公元188年和公元1131年的太陽黑子也被中國的史書記錄下來。
歐洲發(fā)現(xiàn)最早的黑子記事，是公元807年八月十九日，還被誤認(rèn)為是水星凌日。1609年，伽利略·伽利萊發(fā)明了歷史上第一具天文望遠(yuǎn)鏡，天文學(xué)家在1610年開始用望遠(yuǎn)鏡記錄黑子和它們的運(yùn)動，開始了近代太陽物理的研究。
1843年，海因里希·施瓦貝(Heinrich Schwabe)首次確定了太陽活動周期，其確定的周期為10年，不久之后，德國柏林天文臺的瑞士天文學(xué)家魯?shù)婪颉の譅柗?Rudolf Wolf)將這一周期的數(shù)值改進(jìn)為11.1年。
1908年，喬治·埃勒里·海爾(George Ellery Hale)發(fā)現(xiàn)了太陽黑子的磁特征。20世紀(jì)，海爾研制出了三臺大型光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，完成了從經(jīng)典的天文望遠(yuǎn)鏡到現(xiàn)代大型望遠(yuǎn)鏡的轉(zhuǎn)變。海爾望遠(yuǎn)鏡的口徑為5.08m，這使得它的聚光能力超過伽利略望遠(yuǎn)鏡10000倍。海爾還發(fā)明太陽單色儀和太陽塔，觀測太陽活動和太陽磁場，為人類揭開籠罩太陽的神秘面紗，是當(dāng)之無愧的“太陽物理之父”
瑞典天文學(xué)家阿爾文研究太陽活動形成機(jī)制，提出的磁流體力學(xué)理論，成為研究太陽活動現(xiàn)象的有力理論武器之一，為此獲得1970年諾貝爾物理學(xué)獎。
在20世紀(jì)50年代中期至60年代初期，國際上相繼組織了兩次大規(guī)模的聯(lián)合的太陽活動和地球物理學(xué)現(xiàn)象的觀測及合作研究。前者稱為國際地球物理年(IGY)，后者稱為國際寧靜太陽年(1QSY)。國內(nèi)外在這個(gè)領(lǐng)域執(zhí)行的最突出的計(jì)劃是80～90年代的“日地能量傳輸研究”，和90年代中后期各國紛紛啟動的“空間天氣戰(zhàn)略研究”。
根據(jù)2022年中國科學(xué)院空間環(huán)境預(yù)報(bào)中心的報(bào)告，目前正處于第25太陽活動周，根據(jù)太陽黑子的監(jiān)測和國內(nèi)外專家預(yù)測，本活動周峰值將出現(xiàn)在2025年前后。
2024年1月1日，太陽在5時(shí)55分時(shí)爆發(fā)了一個(gè)X5.0級強(qiáng)耀斑，中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心（以下簡稱空間中心）、國家空間天氣監(jiān)測預(yù)警中心均發(fā)布耀斑橙色預(yù)警。空間中心判斷，本次X5.0級耀斑事件由位于日面東邊緣的活動區(qū)AR3536（N05E75）爆發(fā)產(chǎn)生。當(dāng)前該活動區(qū)比較活躍，后續(xù)仍有爆發(fā)的可能。本次X5.0級耀斑引起了地球電離層突然騷擾，主要造成太平洋區(qū)域短波通信中斷，頻率在30兆赫茲以下的信號丟失或中斷現(xiàn)象持續(xù)時(shí)間超過60分鐘。耀斑發(fā)生時(shí)，中國區(qū)域處于夜側(cè)，因此并未受到影響。
監(jiān)測和預(yù)報(bào)
空間天氣擾動的最主要源頭是太陽，太陽活動是影響地球空間環(huán)境的重要因素。太陽活動經(jīng)常產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁輻射、高能粒子和拋射大量的磁化等離子體，這些產(chǎn)物在8分鐘到數(shù)十小時(shí)的時(shí)間尺度上影響地球磁層和電離層。空間飛行器及宇航員都在此磁層范圍內(nèi)活動，遠(yuǎn)程通訊依賴電離層對無線電的反射。因此，對太陽活動的實(shí)時(shí)監(jiān)測與預(yù)報(bào)是空間環(huán)境保障體系中不可缺少的重要一環(huán)。實(shí)時(shí)的太陽觀測是空間天氣預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)。而太陽活動區(qū)磁場結(jié)構(gòu)是進(jìn)行太陽活動預(yù)報(bào)的重要依據(jù)。理論上認(rèn)為，太陽耀斑的爆發(fā)現(xiàn)象、日冕物質(zhì)拋射事件等和太陽活動區(qū)的磁場重聯(lián)有密切的關(guān)系，對太陽磁場的觀測和研究，對預(yù)測太陽耀斑爆發(fā)等劇烈的太陽爆發(fā)活動有重要的意義。而目前，通過地基望遠(yuǎn)鏡觀測全日面太陽光球磁場的方法，是對太陽活動可靠實(shí)時(shí)監(jiān)測的基本手段。
監(jiān)測
1907年，威爾遜山天文臺建成世界上第一座太陽塔。這座太陽塔高18 m，成為現(xiàn)代太陽觀測的開端。1908年，海爾用這座太陽塔觀測發(fā)現(xiàn)了太陽黑子磁場，這是人類首次觀測到地球之外的天體的磁場。為了進(jìn)一步測量黑子磁場，這一年海爾籌建了一座46 m高的太陽塔，當(dāng)年就開始動工，兩年后完成，又過了兩年終端設(shè)備配齊后投入觀測。
1962年，美國建成了基特峰天文臺太陽塔，這座太陽塔高32 m，在塔頂放置一面208 cm口徑的反射鏡（定天鏡），把太陽光反射到150 m以外的152 cm口徑的物鏡成像。焦距很長，獲得的太陽像的直徑達(dá)到0.8 m。這是在美國和世界多個(gè)國家掀起了建造太陽塔的熱潮之后最著名的太陽塔。
1979年，南京大學(xué)建成了中國第一座太陽塔，塔高21 m，定天鏡口徑60 cm，成像鏡口徑43 cm，焦距21.7 m。
1984年，中國國家天文臺懷柔太陽觀測站的太陽塔建成，主要設(shè)備是由5臺望遠(yuǎn)鏡組成的多通道太陽望遠(yuǎn)鏡，主要觀測太陽磁場、速度場和太陽爆發(fā)活動等，取得了很多觀測成果。
2015年，云南省天文臺撫仙湖一米新真空太陽望遠(yuǎn)鏡建成，真空太陽望遠(yuǎn)鏡優(yōu)于老一代塔式太陽望遠(yuǎn)鏡，把成像光學(xué)設(shè)備都放在真空筒中，沒有了空氣，當(dāng)然也就沒有了空氣流動。這樣就解決了內(nèi)部氣流對成像的不利影響，獲得的太陽圖像更加清晰和穩(wěn)定。
2021年，中國首顆空間太陽衛(wèi)星“羲和號”發(fā)射上天，在世界上首次開啟監(jiān)測太陽Hα譜線的觀測研究。Hα譜線是太陽爆發(fā)時(shí)響應(yīng)最強(qiáng)的色球譜線。雖然地面上有很多色球望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行這種觀測，但是在空間很容易做到持續(xù)不間斷的監(jiān)測，觀測資料更寶貴。
2022年10月9日，中國的先進(jìn)天基太陽天文臺（Advanced Space-based Solar Observatory， 簡稱ASO-S)發(fā)射成功，ASO-S上共安排三個(gè)主要載荷：全日面向量磁像儀(Full-disc vector MagnetoGraph， 簡稱 FMG)用來觀測太陽光球矢量磁場；硬 X 射線成像儀(Hard X-ray Imager， 簡稱 HXI)用來觀測太陽耀斑非熱物理過程；萊曼阿爾法太陽望遠(yuǎn)鏡(Lyman-alpha Solar Telescope， 簡稱 LST)主要用來觀測日冕物質(zhì)拋射的形成和早期演化。ASO-S 獨(dú)特的載荷組合首次實(shí)現(xiàn)在一顆衛(wèi)星上同時(shí)觀測太陽全日面向量磁場、太陽耀斑高能輻射成像和日冕物質(zhì)拋射的近日面?zhèn)鞑ィ幵诋?dāng)代太陽物理前沿領(lǐng)域"一磁兩暴"觀測和研究方面取得重大突破，揭示太陽磁場演變導(dǎo)致太陽耀斑爆發(fā)和日冕物質(zhì)拋射的內(nèi)在物理機(jī)制，在拓展人類知識疆野的同時(shí)，也為嚴(yán)重影響人類生存環(huán)境的空間天氣提供預(yù)報(bào)的物理基礎(chǔ)。
2023年9月27日，中國在稻城縣建成了圓環(huán)陣太陽射電成像望遠(yuǎn)鏡，這是國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施子午工程二期標(biāo)志性設(shè)備之一，建成后對太陽開展連續(xù)監(jiān)測，對空間天氣進(jìn)行預(yù)報(bào)和預(yù)警。圓環(huán)陣太陽射電成像望遠(yuǎn)鏡位于海拔3820米的甘孜州稻城縣嘎通鎮(zhèn)，狀如一顆巨大的“千眼天珠” 。313部天線均勻分布在直徑為1公里的圓環(huán)上，是目前全球規(guī)模最大的綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡。其主要任務(wù)是實(shí)時(shí)監(jiān)測太陽的活動，預(yù)測太陽活動對地球的影響。
預(yù)報(bào)
太陽活動預(yù)報(bào)是空間環(huán)境預(yù)報(bào)的重要組成部分，重點(diǎn)關(guān)注太陽活動水平與太陽爆發(fā)現(xiàn)象。太陽黑子數(shù)是描述太陽活動水平的最重要參數(shù)，耀斑、日冕物質(zhì)拋射等是重要的太陽爆發(fā)現(xiàn)象，太陽質(zhì)子事件是太陽爆發(fā)現(xiàn)象導(dǎo)致的典型空間環(huán)境事件，這些是目前太陽活動預(yù)報(bào)的主要內(nèi)容。
業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)：包括日報(bào)、周報(bào)、月報(bào)、未來27天 F10.7、未來27天 Ap、太陽活動周預(yù)報(bào)。
事件警報(bào)：包括4類事件：高能電子暴、地磁暴、太陽質(zhì)子事件和太陽X射線耀斑。警報(bào)信息有三種：警報(bào)、持續(xù)警報(bào)和綜述。當(dāng)事件達(dá)到既定的閾值時(shí)發(fā)布警報(bào)信息，第二天事件仍持續(xù)時(shí)發(fā)布持續(xù)警報(bào)信息，事件結(jié)束時(shí)發(fā)布綜述信息。根據(jù)事件爆發(fā)的強(qiáng)度將事件分成黃、橙、紅三個(gè)等級。黃色表示較低級別警報(bào)，橙色表示較高級別警報(bào)，紅色表示最高級別警報(bào)。
模式預(yù)報(bào)：包括AE指數(shù)預(yù)報(bào)、Dst指數(shù)預(yù)報(bào)、電離層突然騷擾、磁層頂和弓激波、Kp指數(shù)預(yù)報(bào)、高能電子暴預(yù)報(bào)、電離層TEC同化模型。
參考資料 >
歷史上知名的強(qiáng)烈太陽風(fēng)暴對地球的影響有多大？丨Calling太空.m.toutiao.com.2022-05-17
太陽大耀斑爆發(fā) 2025年前后太陽活動達(dá)到高峰.今日頭條.2024-03-03
太陽活動周“最強(qiáng)耀斑”來襲.今日頭條.2024-03-03
太陽磁場望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)出臺將實(shí)時(shí)監(jiān)測太陽活動-中國氣象局政府門戶網(wǎng)站.中國氣象局.2024-03-03
先進(jìn)天基太陽天文臺介紹.先進(jìn)天基太陽天文臺.2024-03-03
圓環(huán)陣太陽射電成像望遠(yuǎn)鏡建成 可監(jiān)測太陽爆發(fā)活動.今日頭條.2024-03-03
業(yè)務(wù)預(yù)報(bào).空間環(huán)境預(yù)報(bào)中心.2024-03-03
事件警報(bào).空間環(huán)境預(yù)報(bào)中心.2024-03-03
模式預(yù)報(bào).空間環(huán)境預(yù)報(bào)中心.2024-03-03