太阳耀斑对地球磁层的影响

地球被一种称为磁层的磁场系统所包围。这个巨大的系统使来自太阳的带电粒子偏转，保护我们的星球免受有害粒子辐射，并防止太阳风（即太阳上层大气释放的带电粒子流）侵蚀大气层。

虽然过去的研究已经收集太阳风对地球磁层影响的大量证据，但对太阳耀斑的影响却知之甚少。太阳耀斑是高度爆炸性的事件，可以持续几分钟到几个小时，可以用x射线或光学设备检测到。

中国山东大学和美国国家大气研究中心的研究人员最近开展了一项研究，调查太阳耀斑对地球磁层的影响。他们发表在《自然物理》杂志上的论文提供了新的有价值的见解，为更好地理解地球空间动力学铺平了道路。地球空间是最接近地球的外层空间部分，包括上层大气、电离层和磁层。

刘晶教授称：“磁层位于电离层以上的区域，是距离地面1000公里以上完全电离的空间区域。该地区被太阳风包围，受到地球磁场和太阳风磁场的影响和控制。”

磁层通常被描述为地球抵御太阳风和其他太阳粒子的保护屏障，因为它阻止这些粒子进入地球的其他保护层。尽管如此，过去的研究表明，当太阳风的方向与磁层的磁场相反时，这两个区域的磁力线可以“连接”。这意味着一些太阳风粒子可以直接传送到地球周围的空间。

刘晶教授和他的同事分析了2017年9月6日太阳耀斑事件中不同设备和卫星收集的数据。为了做到这一点，他们采用了美国国家大气研究中心最近开发的地球空间数值模型。这个模型被称为高时空分辨率的磁层电离层热层模型（LTR），它再现了太阳耀斑在磁层-电离层耦合系统中引发的变化。

利用LTR模型和以前收集的数据，研究人员揭示太阳耀斑对磁层动力学和磁层与电离层之间的电动力耦合的影响。更具体地说，他们观察到在海拔90至150公里的极地电离层e区耀斑引起的光离迅速而大幅度地增加。刘晶教授和他的同事观察到的现象似乎对地球空间区域有许多影响，包括地球上层大气的较低焦耳加热，磁层对流的重新配置和极光降水的变化。

刘晶教授解释说：“我们证明了太阳耀斑效应通过电动力耦合扩展到整个地球空间，而且不像以前认为的那样仅限于辐射能量被吸收的大气区域。由于在其他类地行星上也存在类似的太阳-磁层-电离层耦合过程，我们的研究也为探索和理解太阳耀斑对其他行星的影响提供了新的线索。在我未来的研究中，我计划研究耀斑对具有相同磁层的行星（如木星、金星、土星）的影响。”