臺北市立天文科學教育館

「日冕物質拋射」、「太陽高能粒子」、與「太陽閃焰」的數據分析

在第 23 太陽週期期間（1996 年 1 月至 2006 年 6 月），天文學家共偵測到 11,031 次「日冕物質拋射」（Coronal Mass Ejection，簡稱 CME）。CME 是大量電漿伴隨磁場從太陽大氣層向外拋射的現象，最多可攜帶達 100 億公噸的太陽物質。這些事件可視為強烈的太陽風暴，當風暴抵達地球時，會沿著地磁線進入大氣，與大氣中的粒子作用，形成極光。除了帶來壯麗的極光景象，這些風暴也可能影響地球上的通訊衛星，甚至導致設備損毀。

CME 的速度通常介於每秒 500 至 1,500 公里之間，穿越太陽與地球之間約 1 億 5 千萬公里的距離，需時約 2 至 3 天。CME 可視為自太陽拋出的巨大電漿泡泡，當其沿著太陽－地球視線方向噴發時，會在日冕儀影像中形成一圈擴散的光暈，看起來彷彿包圍太陽，因此這類事件被稱為「光環事件」（halo events）。隨著電漿泡泡不斷擴大，這圈光暈會顯得更加明顯。不過，需要特別指出的是，並非所有光環型 CME 都朝向地球，有些其實是背離地球而去，只因角度與投影效果，在影像中仍呈現出環狀外觀。因此是否會對地球構成影響，仍需結合其他觀測資料來進一步判斷。

在上述 11,031 次 CME 事件中，有 1,186 次被分類為光環型事件，其中有一半確定是朝向地球發出的。

在同一期間內，地球同步軌道上的 GOES 衛星（Geostationary Operational Environmental Satellite）偵測到 95 次「太陽高能粒子」（Solar Energetic Particle，簡稱 SEP）。SEP 通常發生在太陽劇烈爆發之後，當中高能質子會以極快的速度從太陽釋放，速度可達每秒數萬公里，最快在 30 分鐘內便能抵達地球附近，並可能持續影響數天。SEP 雖然肉眼無法看見，但它們是一種強烈的高能粒子流，會在地球附近形成粒子暴，干擾甚至破壞衛星的電子系統。在這 95 次 SEP 中，有 61 次與光環型 CME 事件同時發生。

CME 也常與「太陽閃焰」（solar flare）同時出現，因此 GOES 衛星亦同步記錄太陽閃焰事件。在這段期間內，共偵測到 21,886 次太陽閃焰，其中 122 次為最強烈的 X 級閃焰。在這些 X 級閃焰中，有 96 次與光環型 CME 事件同時發生；其中更有 22 次是 X 級閃焰、SEP 與光環型 CME 三者同時相關聯。另有 6 次 X 級閃焰與 SEP 有關，但未伴隨光環型 CME。整體而言，共有 28 次 SEP 未與光環型 CME 或 X 級閃焰產生關聯。

問題1：

請根據以上敘述，將朝向地球發出的「光環型 CME」、「太陽高能粒子」（SEP）與「X 級太陽閃焰」這三種事件繪製成一張文氏圖（Venn Diagram），並將相關數據彼此對應整理。

問題2：

一場日冕物質拋射（CME）朝向地球的機率有多高？

問題3：

在所有的太陽閃焰中，存在多少比例的 X 級閃焰？

問題4：

有多少 X 級閃焰與 CME 或 SEP 無關？

問題5：

若衛星同時觀測到一場光環型日冕物質拋射與一場 X 級閃焰，發生 SEP 的機率是多少？

問題6：

太陽高能粒子中，有多少百分比與光環型 CME、X 級閃焰，或兩者皆有關？

問題7：

若衛星偵測到一場光環型 CME，後續發生 X 級閃焰、SEP 或兩者皆有的機率有多高？

問題8：

觀測到光環型 CME 與觀測到 X 級閃焰相比，哪一種情況下較可能出現 SEP？

問題9：

如果你看到光環型 CME 或 X 級閃焰獨立出現（不是兩者同時），那麼再看到 SEP 的機率是多少？

問題10：

請描述 SEP、CME 與太陽閃焰之間的統計關聯。

參考資料：Space Math