我們的太陽(yáng)每天都發(fā)光發(fā)熱，哺育著(zhù)地球上的萬(wàn)物生長(cháng)，可以說(shuō)太陽(yáng)就是地球上一切生命之源，萬(wàn)物生長(cháng)靠太陽(yáng)[1]。

　　看似和藹可親的太陽(yáng)，和人一樣，當內部“壓力”積累到一定程度之后，有時(shí)候也會(huì )偶爾發(fā)發(fā)脾氣，需要釋放。人類(lèi)感情的宣泄，往往是由于長(cháng)時(shí)間精神壓力的積累;而太陽(yáng)發(fā)脾氣則是由于太陽(yáng)大氣中磁場(chǎng)能量積累到一定程度的的結果。

　　這種“脾氣”，首先由兩位英國天文學(xué)家Richard Carrington[2]和Richard Hodgson[3]在1859年發(fā)生的一次巨大太陽(yáng)爆發(fā)中觀(guān)測到。這兩位“同名”先生幾乎在同一時(shí)間在距離不到幾十英里的自家天文臺里，看到了太陽(yáng)的光學(xué)輻射有顯著(zhù)增強，見(jiàn)圖1，史稱(chēng)“卡林頓事件(Carrington Event)”。這種增強被太陽(yáng)物理學(xué)家稱(chēng)為“flare”，中國內地太陽(yáng)物理學(xué)界譯為“耀斑”，而中國臺灣太陽(yáng)物理學(xué)者則譯為“閃焰”。

　　
 

　　圖1. 卡林頓在自家天文臺上觀(guān)測到的太陽(yáng)輻射增強(圖源:Carrington R. C., 1859, MNRAS, 20, 13)

　　這次太陽(yáng)爆發(fā)一并產(chǎn)生了很多地球物理事件(在當時(shí)還不能科學(xué)的認識到兩者的物理關(guān)聯(lián))。事件發(fā)生時(shí)，正值我國清代咸豐九年，當時(shí)疲弱的清政府正處在太平天國運動(dòng)和第二次鴉片戰爭交織的內憂(yōu)外患中無(wú)法自拔，但是即便如此，我們感謝認真負責的地方官員，使我們能從地方志中看到一些端倪。如果讀者對卡林頓事件(Carrington Event)感興趣，歡迎您關(guān)注我們后續的詳細介紹。

　　早期對太陽(yáng)耀斑的知識主要來(lái)源于地面望遠鏡光學(xué)波段的觀(guān)測，但是隨著(zhù)觀(guān)測儀器的不斷進(jìn)步，現在人們已經(jīng)用高時(shí)間分辨率，高空間分辨率，全波段高能譜分辨率，抵近的觀(guān)測設備對耀斑進(jìn)行非常細致的觀(guān)測[4,5]。尤其是對耀斑最敏感的軟X射線(xiàn)波段，GOES衛星在幾個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)周內積累了大量的耀斑樣本，為耀斑的研究提供了方便。一個(gè)經(jīng)典的太陽(yáng)耀斑輪廓見(jiàn)圖2。

　　
 

　　太陽(yáng)能發(fā)脾氣，那漫天璀璨的星星是否也能發(fā)脾氣呢?答案是肯定的，最早研究變星的恒星天文學(xué)家發(fā)現了此中玄機。在上世紀二三十年代，對高自行矮星的觀(guān)測中，發(fā)現一些譜線(xiàn)具有強烈的變化。隨后在一系列恒星的氫發(fā)射線(xiàn)中也發(fā)現了這種現象。然而直到1948年，來(lái)自威爾遜山天文臺的天文學(xué)家對其中一顆高自行雙星[6]的一次短時(shí)標快速光變進(jìn)行了定量研究，才真正拉開(kāi)了恒星耀發(fā)研究的序幕。

　　如今，這顆著(zhù)名的恒星被稱(chēng)作鯨魚(yú)座UV變星(UVCeti)[7], 之后的觀(guān)測揭示出其在諸多波段上也同時(shí)存在快速變化，從而逐漸認識到其與太陽(yáng)耀斑存在某種關(guān)聯(lián)。因此，恒星的這種光變也被稱(chēng)做“flare”，但是由于對恒星缺少成像觀(guān)測，恒星天文學(xué)家一般翻譯成“耀發(fā)”。在接下來(lái)對恒星耀發(fā)進(jìn)行地面觀(guān)測的幾十年里，觀(guān)測到的樣本多是M型矮星的耀發(fā)。由于M矮星本身光度低，所以一旦發(fā)生耀發(fā)，就易于在光變輪廓中辨認出來(lái)。

　　隨著(zhù)觀(guān)測樣本的逐漸增多，一個(gè)用來(lái)比較太陽(yáng)和恒星磁場(chǎng)活動(dòng)的研究方向——日星聯(lián)系(solar-stellar connection)也逐漸成為熱點(diǎn)[8]。一個(gè)很自然的想法，就是想比較一下太陽(yáng)和與它長(cháng)得像的恒星(類(lèi)太陽(yáng)恒星)在發(fā)脾氣(耀發(fā))的方式上有什么異同。然而在地面觀(guān)測的幾十年里，類(lèi)太陽(yáng)恒星的耀發(fā)樣本非常少，難以進(jìn)行較為有效的統計研究。

　　2009年，隨著(zhù)Kepler空間望遠鏡升空，一切有了明顯改觀(guān)。Kepler望遠鏡起初設計的主要科學(xué)目標是通過(guò)對恒星光變曲線(xiàn)的分析，通過(guò)凌星法實(shí)現對系外行星的搜尋[9]。Kepler是一個(gè)時(shí)域天文學(xué)的觀(guān)測利器，對同一個(gè)天區進(jìn)行連續觀(guān)測, 見(jiàn)圖3?？蒲袛祿a(chǎn)品分為long-cadence(低頻采樣數據，30分鐘一次采樣)和short-cadence(高頻采樣數據，1分鐘一次采樣)兩種。

　　
 

　　最近，國家天文臺閆巖博士、賀晗研究員等人發(fā)表在英國《皇家天文學(xué)會(huì )月刊：快報》上的一篇論文(MNRAS: Letters, 2021, 505, L79-L83)就是基于Kepler高頻采樣數據，對恒星耀發(fā)光變輪廓的精細結構進(jìn)行研究，從而揭示出類(lèi)太陽(yáng)恒星耀發(fā)的特征時(shí)間[10]。

　　太陽(yáng)耀斑的光變輪廓呈現比較明顯的先升-后降的特征，在耀斑研究者的術(shù)語(yǔ)里，這種兩段式特征被分為“上升相”和“下降相”。本文的通訊作者、領(lǐng)導此項研究的賀晗研究員解釋說(shuō)：“一般來(lái)說(shuō)，耀斑的上升相代表了太陽(yáng)磁場(chǎng)能量通過(guò)磁重聯(lián)過(guò)程快速釋放的過(guò)程，而其下降相則代表了耀斑源區的逐漸冷卻過(guò)程。因而，耀斑的上升相和下降相的特征時(shí)標，對耀斑研究具有非常重要的物理意義。”通過(guò)對Kepler數據的分析，我們發(fā)現恒星耀發(fā)也存在明顯的先升-后降特征，如圖4所示，為我們后續進(jìn)行比較研究提供了很好的樣本。

　　
 

　　圖4. 發(fā)生在KIC 4543412恒星上一次耀發(fā)的經(jīng)典光變輪廓(圖源：Yan Y. et al., 2021, MNRAS, 505, L79)

　　那么，如何選取樣本呢?首先，需要找出和太陽(yáng)長(cháng)得像的恒星來(lái)。在這個(gè)研究中，我們采用了三個(gè)恒星物理中比較成熟的參數來(lái)界定，分別是有效溫度、對數化的表面重力加速度和單星屬性。太陽(yáng)的有效溫度約為5800K，對數化表面重力加速度約為4.4。我們找到了20顆與太陽(yáng)長(cháng)得很像的耀發(fā)恒星，并在其光變輪廓中找到了184個(gè)耀發(fā)樣本。

　　閆巖博士說(shuō)：“通過(guò)對樣本的統計分析，我們得出類(lèi)太陽(yáng)恒星耀發(fā)的上升相和下降相的時(shí)間的中位數分別為5.9分鐘和22.6分鐘，這和太陽(yáng)耀斑的結果非常相似。因此，我們可以這樣說(shuō)，類(lèi)太陽(yáng)恒星不僅和太陽(yáng)長(cháng)得像，連一顰(上升相)一笑(下降相)的調調也那么像，所以，它們應該具有相同的物理機制。”恒星耀發(fā)，正是浩瀚星空發(fā)生的劇烈磁能釋放。

　　通過(guò)進(jìn)一步研究，我們發(fā)現上升相和下降相的分布規律都具有明顯的尖峰-長(cháng)尾特征，符合統計學(xué)里的對數正態(tài)分布[11]，置信水平達到0.95，如圖5所示。

　　
 

　　圖5. 左側為耀發(fā)樣本上升相時(shí)間和下降相時(shí)間的對數正態(tài)分布圖，右側為上升相時(shí)間和下降相時(shí)間各自取對數后的正態(tài)分布圖(圖源：Yan Y. et al., 2021, MNRAS, 505, L79)

　　“類(lèi)太陽(yáng)恒星耀發(fā)上升相和下降相的分布都符合對數正態(tài)分布，這個(gè)結論會(huì )讓我們把它當做研究其它類(lèi)型恒星耀發(fā)特征時(shí)間的基準，從而看看其它類(lèi)型的恒星在耀發(fā)行為上是否也和類(lèi)太陽(yáng)恒星差不多。”賀晗研究員評論說(shuō)。

　　在太陽(yáng)系中，太陽(yáng)耀斑是空間天氣的源。就耀斑本身來(lái)說(shuō)，它可以影響到地球的空間環(huán)境，增加地球上層大氣的電離度，從而影響到短波通訊或者低軌衛星的穩定性。而對于系外的恒星-行星系統來(lái)說(shuō)，宿主恒星耀發(fā)產(chǎn)生的高能輻射也同樣會(huì )參與系外行星大氣的演化過(guò)程。

　　恒星耀發(fā)中產(chǎn)生的紫外輻射通量變化會(huì )對系統內的行星大氣產(chǎn)生作用，進(jìn)而影響到系外行星的宜居性問(wèn)題。因此，通過(guò)對恒星耀發(fā)特征時(shí)間的研究，有助于我們?yōu)閷?lái)的星際移民做好準備。

　　在某次關(guān)于太陽(yáng)-恒星物理的學(xué)術(shù)討論會(huì )上，紫金山天文臺的熊大閏院士曾經(jīng)說(shuō)：“對于太陽(yáng)來(lái)說(shuō)，我們得到的是豐富的、細致的耀斑樣本;然而對于恒星來(lái)說(shuō)，我們獲取的是各種不同類(lèi)型恒星的耀發(fā)信息。”

　　把時(shí)光放回到160多年前，Richard Carrington在他對太陽(yáng)耀斑具有奠基性意義的論文里，文末引用了源自古希臘著(zhù)名哲人亞里士多德的名言：“One swallow does not make a summer (一燕不成夏).”在當時(shí)那個(gè)年代，他已經(jīng)隱約估計到了太陽(yáng)耀斑發(fā)現的重要意義。

　　160多年后的今天，我們從大量恒星耀發(fā)的樣本中，可以更自信地用《增廣賢文》里的名句來(lái)表達我們對恒星耀發(fā)研究的期待：“一花獨放不是春，萬(wàn)紫千紅春滿(mǎn)園”。