太陽閃焰引發地磁風暴與極光，電波望遠鏡精準監測電離層影響

近日一系列強烈的 X 級太陽閃焰引發絢麗極光，照亮全球異常廣闊區域的天空，11 月 9~14 日從同太陽活動區域 AR4274 釋放，造成地球上層大氣電離層出現顯著擾動，引發非洲和歐洲 R3 級（強）無線電中斷，數次日冕物質拋射（CME）更助長大規模地磁風暴，並在異常低緯度地區引發極光。

新澤西理工學院太陽─地球研究中心的研究員，捕捉到這場太陽風暴對地球高層大氣產生影響的關鍵紀錄。儘管這些閃焰發生於加州夜間，超過新澤西理工學院大熊湖太陽天文台（Big Bear Solar Observatory）的觀測範圍，但中心位於Eastern Sierra歐文斯谷的電波望遠鏡記錄閃焰餘波及引發的擾動。

研究員表示短短數日內，同區域爆發四次X級閃焰實屬罕見，9日發生X1.7級閃焰，10日出現X1.2級，11日爆發X5.1級，14日又出現X4.0級，這是一段非常活躍的閃焰爆發期，真正引人注目的是這些閃焰對地球產生的連鎖效應。

通常OVRO-LWA的無線電數據會呈現整齊近乎垂直的爆發波形，稱為III型電波爆發。但太陽閃焰過後，這些脈衝在低頻波段變得彎曲且混亂，正是電離層遭受擾動的明確徵兆。對電離層科學家而言，這場事件的震撼力幾乎不亞於極光。並非所有極端太陽活動都會引發地磁風暴，有時物質會擦過地球，但這次，它撞上了。

美國國家海洋暨大氣總署（NOAA）五級地磁風暴分級，此次事件達G4等級。研究員表示，衡量地球磁場受太陽風壓縮程度的Dst指數，短短幾小時內就從約-40nT驟降至近-250nT，這對地球磁場防禦系統是個巨大衝擊。帶電粒子落到大氣層，產生極光，這次事件極端程度足以將極光推向遠超常規範圍，甚至遠至佛羅里達州南部亦有目擊紀錄。

藉EOVSA太陽能陣列觀測到的微波，和新投入運作的OVRO-LWA電波長波長陣列捕獲的米波和十米波，兩者結合使我們能追蹤空間天氣效應從太陽日冕的起源，一直到對地球高層大氣的影響。今年夏天，團隊在OVRO-LWA旁部署一台高精度GPS接收器，能捕捉太陽風暴期間衛星導航訊號遭受的實際干擾。

▲ OVRO-LWA電波數據比9月29日（平靜日）與11月9日X1.7級耀斑發生後數小時的狀態。III型電波爆發動態頻譜（橫軸為世界協調時間，縱軸為頻率），電離層穩定狀態下呈近乎垂直的爆發形態，當閃焰引發的X射線和紫外線輻射電離低層電離層，加上相關日冕物質拋射引發的地磁風暴後，這些電波爆發波形轉為彎曲且混亂，尤其低頻段（底部）表現得尤為明顯。（Source：NJIT / OVSA Team）

研究員表示太陽與地磁活動引起的等離子體異常會干擾無線電及GPS通訊，將GPS測量數據與低軌道氣象觀測站（LWA）資料結合，可讓我們看到事情的兩面，太陽如何撼動電離層，以及了解這如何影響日常依賴的科技。太空天氣研究界仍在深入解析這場風暴的全面影響，太陽接近11年活動週期的峰值，類似風暴短期內仍有可能發生。科學家才剛開始了解這場風暴的全部影響。

歷史上，極端太陽和地磁事件會擾亂可能破壞電網、干擾無線電通訊，並威脅衛星和太空船的安全和運行。近期我們已目睹了幾次重大風暴，因為太陽仍處於11年週期峰值附近。太陽活動趨緩，此類事件將逐漸減少，但約11年後又將重現，屆時依賴太空科技日益加深，探索太空的足跡也愈發遙遠，理解這些現象的重要性將更關鍵。