佛罗里达的北极光？太阳强大的太阳耀斑造就了前所未有的极光

佛罗里达的北极光？太阳强大的太阳耀斑造就了前所未有的极光。图片来源：uux.cn海瑟姆·福斯托克

（神秘的地球uux.cn）据今日科学新闻：这不仅仅是另一个夜空——2025年11月9日，天空中正在发生非凡的事情。一系列强烈的太阳耀斑从太阳爆发，投射出诡异而鲜艳的极光，远超平时，从欧洲最北端一直延伸到佛罗里达。在北极光罕见的地方，人们突然仰望着一场宇宙光影秀，想知道是什么引发了这场意外的奇观。但在这美丽的混乱背后，一种更为阴险的涟漪效应正在发生——这将改变地球大气层的结构。

对于新泽西理工学院（NJIT）的研究人员来说，这不仅仅是一场视觉盛宴——更是研究我们高层大气中无形力量的绝佳机会。得益于新泽西理工学院太阳-地球研究中心（CSTR）先进的射电望远镜，科学家们能够追踪太阳耀斑的直接后果，并揭示了这次宇宙事件的一些更为隐秘的影响。他们的观测揭示了地球电离层中出现了剧烈的扰动——这是大气中负责传输无线电信号、确保GPS准确性和维持卫星轨道的重要层。

这一切始于太阳上一个名为AR4274的区域的太阳能爆发。在五天内，这个活跃区域释放了一阵X级照明弹——事实上，四次来自同一区域的信号弹数量在如此短时间内非常罕见。

“我们说的是11月9日的X1.7耀斑，随后是11月10日的X1.2,11月11日的X5.1，以及11月14日的X4.0，”新泽西理工学院物理教授陈斌说。“这是一段非常有成效的活动。”但吸引陈的不仅仅是耀斑本身——它们对地球的持久影响远超我们通常对太阳事件的认知。这强烈提醒了我们地球与宇宙的紧密联系。

X级耀斑是最强的太阳耀斑类型，其影响向外扩散，以不可预测的方式扰乱太阳系。当这些耀斑爆发时，它们向地球发出冲击波。由此产生的日冕物质抛射（CME）——太阳射入太空的带电粒子流——引发了一场重大地磁风暴。这场风暴不仅局限于高纬度地区，而极光通常就会出现在那里。这一次，极光范围远超平时范围，甚至到达了美国南部，最远到达佛罗里达。

“我所在的极光聊天群非常热闹，”新泽西理工学院助理教授、电离层科学专家林赛·古德温说。“人们从几乎看不到北极光的地方发送图像。那真是特别的。”

然而，尽管极光让观众目眩神迷，电离层中却正在发生一些不那么显眼但同样重要的现象——地球上层大气中充满等离子体的区域，在通信和导航中起着关键作用。

虽然极光成为了焦点，但电离层扰动才是科学故事的主角。对于像古德温这样的电离层科学家来说，这些耀斑搅动电离层的方式和极光本身一样令人惊叹。

研究人员利用欧文斯谷太阳能电池板（EOVSA）的射电望远镜和欧文斯谷射电天文台新投入使用的长波长阵列（OVRO-LWA），实时追踪了耀斑的余波。他们收集的数据涵盖了广泛的无线电频率——从类似卫星通信的微波到低频十米波，类似于调频广播接收到的信号。

陈解释道：“通常，OVRO-LWA无线电数据显示的是整齐、几乎垂直的III型无线电暴。”“但这些耀斑之后，爆发在低频下变得弯曲且混乱，这明显表明电离层受到了干扰。”

OVRO-LWA无线电数据对比了2025年9月29日的平静日与11月9日东部时间2：35记录到的X1.7级闪焰后的数小时。III型射电暴在射电动力谱中显示（水平轴为UT时间，垂直轴为频率），在稳定电离层条件下几乎呈垂直爆发。在耀斑驱动的X射线和紫外辐射电离了由相关日冕物质抛射驱动的下层电离层和地磁风暴后，这些无线电暴在低频段（图底部）变得弯曲且混乱。图片来源：NJIT/OVSA团队

这就是电离层被震动的物理特征，对科学家来说，就像读取宇宙地震的冲击波。电离层的湍流不仅影响了科学仪器——还影响了数十亿人每天依赖的技术，从无线电通信到GPS导航。

耀斑和持续性物质流不仅仅扰动电离层。它们还引发了一场地磁风暴，在NOAA五点等级中被评为强烈的G4级。风暴的影响显著：地球磁场通常作为抵御太阳风的屏障，因大量太阳粒子的涌入而大幅压缩。

古德温用惊人的措辞描述了扰动的规模：“Dst指数，衡量地球磁场被压缩的程度，在短短几个小时内从约-40 nT骤降至近-250 nT。这对我们星球的磁场防御是巨大的冲击。”

这一剧烈下降导致地球的磁盾暂时被压倒，使我们的星球暴露在太阳辐射的全部冲击下。幸运的是，风暴没有造成大规模破坏，但它也清楚地提醒我们，在极端太空天气面前，我们的技术基础设施是多么脆弱。

在混乱之中，太阳耀斑事件也凸显了新泽西理工学院射电天文台日益增强的能力。新整合的欧文斯谷太阳能阵列（OVSA）结合了EOVSA和OVRO-LWA，提供了前所未有的太阳和空间气象视角，使科学家能够追踪从太阳日冕源头一直到撞击地球的太阳活动。

“这些观察本身就是新的，”陈说。“OVRO-LWA的数据与EOVSA完美补充，使我们能够追踪从太阳日冕起源到撞击地球高层大气的空间天气效应。”

除了这些仪器外，古德温和她的团队，包括本科生杰里米·麦克林奇，还推出了一种新颖的工具，用于追踪太阳风暴引起的扰动。他们的高精度GPS接收器，昵称为FLUMPH（取自《龙与地下城》中的一种生物），实时捕捉太阳风暴如何干扰卫星导航信号的数据。

通过将这些GPS数据与射频数据结合，团队能够全面评估空间天气对电离层及其相关技术的影响。古德温解释道：“太阳和地磁活动引起的等离子体异常会干扰无线电和GPS通信。”“将GPS测量与LWA数据结合，让我们看到故事的两面——太阳如何震动电离层，以及这如何影响我们日常依赖的技术。”

随着太阳继续其11年一次的太阳活动周期，科学家们预计不久的将来会出现类似的风暴。目前，太空天气专家仍在解析这次十一月事件的全部影响。像这样的太阳风暴虽然罕见，却能对我们以技术为驱动的社会产生深远影响，可能扰乱电网、通信，甚至轨道卫星的安全。

古德温说：“历史上，极端的太阳和地磁事件会扰乱电网，干扰无线电通信，并威胁卫星和航天器的安全性和运行。”“我们最近经历了几场重大风暴，随着太阳接近活动高峰周期，类似事件可能还会有。”

虽然随着太阳在未来几年逐渐平静，这些风暴可能会减少，古德温警告说，这类事件大约11年后还会再次出现。“当它们出现时，随着我们越来越依赖太空技术并深入太空，理解它们将更加重要。”

与此同时，这场最新的风暴严峻地提醒我们，大气层之外正存在强大的力量，以及理解太空天气如何塑造我们互联世界的未来日益重要。