太陽

主要教學內容：

太陽活動是指太陽表面及其大氣層中由磁場驅動的現象，包括太陽黑子、閃焰、日珥和日冕物質拋射（CME）等。這些活動與太陽的 11 年活動週期密切相關，並通過太陽風和電磁輻射影響太陽系的環境，進而形成太空天氣（Space Weather）。太空天氣描述了太陽活動對地球及其周邊空間環境的影響，涉及磁場、輻射和高能粒子的交互作用，對衛星、通訊、電力系統和太空探索有重要影響。

太陽活動的主要類型

太陽活動由其磁場驅動，主要表現為以下幾種現象：

• 太陽黑子（Sunspots）：太陽黑子是光球層上溫度較低（約攝氏 3200 至 4200 度）的暗區，由強磁場抑制對流所致。其數量隨太陽約 11 年的活動週期變化，在極大期最為密集，常是其他太陽活動的活躍源區。
• 太陽閃焰（Solar Flares）：閃焰是磁場重新連接造成的劇烈能量釋放，發生在色球層和日冕，可持續數分鐘至數小時。釋放強烈 X 射線、紫外線與無線電波，強度依序分為 A、B、C、M、X 級，每級為前一級的 10 倍強，X 級最強，代表釋放能量達 10²⁵ 焦耳以上。
• 日珥（Prominences）：日珥是被磁場支撐、懸浮在色球層或日冕中的電漿體，可呈弧形或環狀，壽命長達數週，不穩定時會爆發，釋放物質。
• 日冕物質拋射（CME）：CME 是日冕中拋射出大量電漿和磁場的事件，速度高達每秒 250 至 3000 公里。常與閃焰同時出現，是造成太空天氣劇變的主因。
• 太陽風（Solar Wind）：太陽風是從日冕持續流出的帶電粒子流（質子和電子），速度約為每秒 300 至 800 公里。太陽風有快慢流之分，會改變整個太陽系的磁場環境。

圖說：太陽活動的多樣樣貌。這張圖綜合呈現太陽活動的四種常見形式：太陽黑子（Sunspots）、日冕洞（Coronal hole）、太陽閃焰（Solar flare）、日珥爆發（Erupting prominence）與日冕物質拋射（Coronal mass ejection, CME）。這些活動都源自太陽磁場的不穩定變化，是引發太空天氣的關鍵源頭。

太空天氣的影響

太陽活動主要透過太陽風、閃焰和 CME 影響地球周圍的空間環境，產生太空天氣現象，具體影響包括：

1. 磁暴（geomagnetic storm）：太陽風與地球磁場作用，會壓縮磁層，導致磁場擾動，產生磁暴，可能損壞電力設施、衛星系統。
2. 輻射影響：閃焰釋放的 X 射線與紫外線增強電離層的游離度，干擾無線電通訊與導航。
3. CME 事件：CME 與地球磁場發生磁場重聯，會導致劇烈磁擾動。例如 1989 年的事件導致加拿大大停電。
4. 高能粒子：高能粒子事件（SPE）可能危及太空人安全，干擾衛星電子元件。
5. 極光：太陽風高能粒子與地磁場互動，在極區形成極光，為太空天氣的可見表現。
6. 氣候與歷史關聯：長期太陽活動變化與地球氣候可能存在關聯，如 17 世紀蒙德極小期與小冰期現象。

圖說：太空天氣的各種現象。這張圖顯示太陽活動（如黑子、閃焰、日冕物質拋射）與太陽風和磁場交互作用，影響地球周圍的磁場與電離層，進而產生磁暴、輻射風暴、電離層擾動、與感應電流等多種太空天氣現象，甚至連來自銀河系的宇宙射線也會影響我們的空間環境。

 觀測與預報

科學家目前仍無法準確預測太陽何時會噴發太陽閃焰，一旦探測到這種能量爆發，就必須抓緊時間盡快調整電網或衛星，避免遭受損害。為因應太空天氣的風險，全球持續建立觀測與預報系統：

• 衛星監測：太陽暨日球層觀測衛星（SOHO）、太陽動力學觀測衛星（SDO）、帕克太陽探測器等提供即時資料。
• 地面觀測：太陽望遠鏡與磁場儀觀測黑子與磁場變化。
• 預報機構：美國國家海洋暨大氣總署（NOAA）、歐洲太空總署（ESA）等定期發布太空天氣預報。

太陽活動對人類活動影響深遠。了解與預測太空天氣，有助於保護現代科技系統的穩定運作，並提升我們對太陽這顆恆星的認識。