与我们的太阳相似的恒星大约每个世纪会经历一次巨大的辐射爆发。这些壮观的事件被称为超耀斑，释放的能量超过一万亿个氢弹的总和，远远超过所有以前记录的太阳耀斑。这项发现基于德国马克斯·普朗克太阳系研究所（MPS）团队对56,450颗类太阳恒星的研究，该研究将在2024年12月13日发表于期刊《科学》。研究表明，早期的调查对这些恒星的爆炸潜力严重估计不足。从美国国家航空航天局（NASA）的开普勒太空望远镜收集的数据表明，类太阳恒星的超耀斑出现频率可能比早期估计高出十倍到一百倍。太阳本身也可能具有类似的爆炸事件能力。
毫无疑问，太阳表现出不可预测的行为，尤其是今年异常强烈的太阳风暴强调了这一点。这些风暴中的一些甚至在低纬度地区产生了惊人的极光。但是我们的恒星会变得更加不稳定吗？最强烈的太阳”喷发”的证据可以追溯到古老的树木年轮和数千年前的冰川冰样本。然而，这些间接的方法并不能可靠地确定超耀斑的频率。从太阳接收的辐射的直接测量仅自太空时代初期以来才可用。
理解我们太阳长期活动的另一种方法涉及研究其他恒星，这是新研究的重点。先进的太空望远镜监测数千颗恒星在可见光中的亮度变化。在超耀斑期间，释放超过一个零点八十万焦耳的能量，在短时间内会出现明显的亮度激增。“我们无法在数千年内观察太阳，”MPS的主任及本研究的一位作者Sami Solanki教授解释道。“然而，我们可以在较短的时间内观察许多与太阳相似的恒星的行为，这帮助我们估计超耀斑的频率。”
寻找太阳的近亲
在这项研究中，来自多个机构的研究人员，包括格拉茨大学（奥地利）和奥卢大学（芬兰），研究了2009年至2013年期间由NASA的开普勒望远镜收集的56,450颗类太阳恒星的数据。“总的来说，开普勒的数据为我们提供了220,000年的恒星活动证据，”格拉茨大学的Alexander Shapiro教授指出。
研究的关键在于对要研究的恒星进行仔细选择。只有那些表面温度和亮度与太阳相似的恒星被纳入研究。研究人员还排除了潜在的误差来源，例如宇宙辐射和附近的非类太阳恒星，这些非类太阳恒星在开普勒图像中可能假象地靠近一个类太阳恒星。每个潜在的超耀斑，通常只有几个像素大，经过细致的分析，只有那些能够自信归因于所选恒星的事件被计入。
通过这一过程，研究团队发现观察到的2,527颗恒星中出现了2,889次超耀斑，表明一颗类太阳恒星大约每个世纪经历一次超耀斑。
“针对这些类太阳恒星的先进发电机模拟有效阐明了导致超耀斑期间重大能量释放的磁性过程，”共同作者、巴黎-萨克雷原子与替代能源委员会及巴黎城市大学的Alain Sacha Brun博士表示。
出乎意料的常见
“我们惊讶于发现类太阳恒星如此频繁地容易发生超耀斑，”MPS的首席作者Valeriy Vasilyev博士说。以前的研究通常估计这些事件发生的频率为每千年到一万年。这项早期研究，由于无法准确找出耀斑的确切来源，专注于图像中邻近恒星不太多的恒星。此项当前研究是迄今为止最详细和敏感的。
相反，以前寻求强烈太阳风暴影响地球的证据的研究暗示极端太阳事件之间的间隔更长。当来自太阳的大量高能粒子冲击地球大气时，它们会生成可检测到的放射性同位素水平，例如碳-14（14C）。这些同位素存储在树木年轮和冰川冰等自然记录中。通过现代技术方法，研究人员可以测量14C水平，以识别数千年前发生的高能太阳粒子事件。
采用这种方法，研究人员发现，在全新世的大约一万两千年中，有五个主要的太阳粒子事件和三个额外的可能事件，导致平均发生率为每1500年一次。其中最重要的事件被认为发生在公元775年。然而，过去可能发生过更多如此强烈的事件，并且尚不清楚这些巨大的耀斑是否总是伴随日冕物质抛射，或它们与极端太阳粒子事件之间的关联如何，因此需要进一步调查，如奥卢大学的Ilya Usoskin教授共同作者指出。因此，关于过去极端太阳事件的地球证据的研究可能低估了超耀斑的发生。
预测有害的太空天气
尽管这项新研究并未预测太阳何时会有下一次爆发，但它强调了谨慎的必要性。“新发现清晰地提醒我们，即使是极端的太阳事件也是太阳常规行为的一部分，”共同作者Natalie Krivova博士表示。在1859年的卡林顿事件中，最近历史上最严重的太阳风暴之一，导致北欧和北美的电报系统大范围中断，估计在这次事件中释放的能量仅为超耀斑的百分之一。如今，卫星特别脆弱，与地面基础设施一起。
因此，对强烈太阳风暴的最佳准备仍然是有效和及时的预报。作为预防措施，可以考虑关闭卫星。从2031年开始，欧洲空间局的太空探测器Vigil将为这一努力做出贡献。它将位于太空中，从侧面监测太阳，能够及早发现可能导致有害太空天气的任何过程。MPS正在为这项任务创建一个极化和磁场成像仪。
