2017年空间环境盘点
2017年,已经接近第24太阳活动周下降期的末端。太阳活动水平虽然在稳步下降,但却在9月份爆出了一个大烟花——“中元节事件”。而几个大冕洞轮番袭扰地球磁场,让地磁活动也不甘寂寞。我们更不能忽略的是频繁发生的高能电子暴。下面我们一起回顾这一年仍不算太平的空间环境……
1. 第24太阳活动周的末端越来越近了
众所周知,太阳活动具有11年左右的周期性。我们现在所处的第24太阳活动周,开始于2008年12月,截至目前已经过去了9年出头。我们利用相似周方法进一步给出第24太阳活动周的预报结果。鉴于本太阳活动周与第12和14太阳活动周活动水平相当、走势相似,在预报中,我们以这两个太阳活动周作为相似周,图1给出了预报结果。预计本太阳活动周将在2019-2020年结束,还有2-3年的时间。
2. 太阳活动整体稳步下降,但仍有偶发大事件
(1)整体水平
在2017年,太阳活动整体水平完美扮演着太阳活动周下降段的角色,从年头至年尾,稳步而缓慢地下降着。
从2017年1月到12月,太阳黑子月均值从28下降至7,太阳F10.7月均值从77sfu下降至72sfu。
太阳黑子数和F10.7年均值都有一定的下降,分别为19.4和77.2sfu,相对2016年分别下降了47%和13%。
日面上的黑子越来越少,无黑子日持续出现,相应的太阳爆发活动变得稀少。
(2)爆发情况
全年日面上出现的活动区个数仅为69个,比2016年减少了54%;无黑子日增加到了105天,比2016年增加了2倍,相当于一年中有近三分之一的时间里太阳上没有黑子出现。
由于太阳黑子是太阳爆发活动的源头,太阳黑子的减少,自然意味着太阳耀斑等爆发活动的减少。2017年共爆发了243个C级耀斑,比2016年减少了24%。
但是,例外出现了,2017年爆发了39个M级耀斑,比2016年增加了20多个。此外,更是爆发4个X级耀斑!而这在2016年是不曾有的。
进一步地,2017年发生了4次太阳质子事件,其中1次大质子事件,1次中等质子事件。而2016年仅仅发生一次小质子事件。
是不是觉得有点反常?
其实,这一点也不意外。这些异常的根源,就是黑子群AR2673这个大怪物的出现。它在9月份爆发的“中元节事件”中,共爆发了27个M级耀斑、4个X级耀斑,引起了大太阳质子事件等一系列空间环境事件。
该事件在历史留下了浓重的一笔,在后面的章节我们将单独回顾。
3. 地磁活动比较坚挺,不甘就此结束
相对于太阳活动,2017年的地磁活动水平仅仅比2016年略有下降。从地磁活动标识的多个指标看,与去年相比,本年度地磁活动减弱趋势并不明显。
从2017年1月到12月,地磁Ap指数月均值从10下降至8。
地磁Ap指数年均值为11.5,仅比2016年低1%。
而Ap≥15的天数为88天,也与2016年基本相当。
根据统计,在一个活动周中,地磁活动的演化比太阳活动有一定的滞后性,约1年左右。太阳活动先下降后,地磁活动才会在一年后扭扭捏捏的下降。并且,基于过去多个太阳活动周的地磁活动走势,我们的预测显示目前的地磁活动仍然处在本活动周相对较高的水平。为什么今年的地磁如此强势,不甘随着太阳活动的下降就此走向没落?
在太阳活动下降年份,虽然日冕物质抛射日益少见,冕洞高速流却是引发地磁扰动的主要源头。而2017年的冕洞又比较给力,多个大冕洞曾赖在太阳上不舍离去,再加上下半年大黑子群AR2673这个奇葩的大爆发,这都给了今年地磁活动硬气的理由。
在地磁暴方面:小或中等磁暴(Kp=5、6)时段为142个,大磁暴(Kp=7、8)时段为7个。其中,本年度中最强的地磁暴由CME引发,发生在9月8日,Ap指数为96。
4. 高能电子暴——舞台真正的大咖
2017年,高能电子暴不断发生。全年共有129天发生小高能电子暴,22天发生中等高能电子暴,高能电子暴总天数达到了151天,已经超过一年时间的40%。
在这一年当中,曾经多次出现持续多天的高能电子暴。不过,仍然无强高能电子暴发生,这就只能归罪于本活动周的弱势了。
参照过去两个活动周,目前仍然处在本活动周高能电子暴的高发期。
5. 2017年代表性空间环境事件
(1)横跨多个太阳自转周的大冕洞
由于太阳具有约27天的自转周期性,而日面上的冕洞在日面上存在的时间较长,因此随着太阳自转其引起的地磁扰动同样具有约27天的重现特征。
在2017年,有多个冕洞持续超过3个太阳自转周。其中有个大冕洞1月起多次影响地球磁场,重现了6个太阳自转周。该冕洞在2-4月份面积持续较大,南北几乎横跨太阳南半球、东西跨越几十度,分别在1月31日-2月3日、3月1-4日、3月27日-4月1日、4月21-24日引起了地磁暴。
(2)中元节事件
太阳爆发活动是偶发性事件,即使在太阳活动下降年也需要警惕强烈太阳活动的爆发。而9月份爆发的“中元节事件”,就是这样活生生的例子。
该事件的源头就是我们前文提到的大黑子群AR2673。
在9月4日—10日,AR2673共爆发了多个大耀斑。其中,比较有代表性的三次爆发:9月4日20:28爆发的M5.5级耀斑、6日11:53爆发的X9.3级耀斑、10日15:35爆发的X8.2级耀斑,都对地球空间环境产生了比较明显的影响。
M5.5级耀斑:伴随有高能粒子的喷发,引发了中等太阳质子事件。伴随的全晕日冕物质抛射,导致地球发生十几个小时的地磁活跃。
X9.3级耀斑:是第24太阳活动周以来最大级别的耀斑,而上次出现超过这种级别的耀斑还要追溯到2005年。该耀斑的爆发伴随的高能粒子喷发,导致地球同步轨道的中等太阳质子事件的持续至9月8日。该耀斑伴随的日冕物质抛射,导致地球发生十几个小时的大地磁暴。
X8.2级耀斑:该耀斑的爆发,伴有强烈高能粒子的喷发,导致发生大质子事件,其中大于10MeV的高能质子最高通量达到1490pfu 。伴随的偏晕日冕物质抛射,引起了小地磁暴。
7.总结与展望
回看2017年,太阳活动整体水平继续稳步缓慢地下降着,但偶发的大爆发活动还是引起了一系列空间环境事件;地磁活动整体水平则仅仅略有下降,这是由于其演化的滞后性造成的;高能电子暴最为活跃,正是其表演的时机。
展望2018年,随着第24太阳活动周趋于末端,预计太阳的爆发活动将进一步减少,但空间环境是不甘寂寞的,地磁暴和高能电子暴会常常骚扰地球。期待着与您一起关注!