恒星耀发——浩瀚星空里的磁能释放

我们的太阳每天都发光发热，哺育着地球上的万物生长，可以说太阳就是地球上一切生命之源，万物生长靠太阳[1] 。
看似和蔼可亲的太阳，和人一样，当内部“压力”积累到一定程度之后，有时候也会偶尔发发脾气，需要释放。人类感情的宣泄，往往是由于长时间精神压力的积累；而太阳发脾气则是由于太阳大气中磁场能量积累到一定程度的的结果。
这种“脾气” ，首先由两位英国天文学家RichardCarrington[2]和RichardHodgson[3]在1859年发生的一次巨大太阳爆发中观测到。这两位“同名”先生几乎在同一时间在距离不到几十英里的自家天文台里，看到了太阳的光学辐射有显著增强，见图1 ，史称“卡林顿事件（CarringtonEvent）” 。这种增强被太阳物理学家称为“flare” ，中国内地太阳物理学界译为“耀斑” ，而中国台湾太阳物理学者则译为“闪焰” 。

图1.卡林顿在自家天文台上观测到的太阳辐射增强(图源:CarringtonR.C.,1859,MNRAS,20,13)
这次太阳爆发一并产生了很多地球物理事件（在当时还不能科学的认识到两者的物理关联）。事件发生时，正值我国清代咸丰九年，当时疲弱的清政府正处在太平天国运动和第二次鸦片战争交织的内忧外患中无法自拔，但是即便如此，我们感谢认真负责的地方官员，使我们能从地方志中看到一些端倪。如果读者对卡林顿事件（CarringtonEvent）感兴趣，欢迎您关注我们后续的详细介绍。
早期对太阳耀斑的知识主要来源于地面望远镜光学波段的观测，但是随着观测仪器的不断进步，现在人们已经用高时间分辨率，高空间分辨率，全波段高能谱分辨率，抵近的观测设备对耀斑进行非常细致的观测[4,5] 。尤其是对耀斑最敏感的软X射线波段， GOES卫星在几个太阳活动周内积累了大量的耀斑样本，为耀斑的研究提供了方便。一个经典的太阳耀斑轮廓见图2 。

太阳能发脾气，那漫天璀璨的星星是否也能发脾气呢？答案是肯定的，最早研究变星的恒星天文学家发现了此中玄机。在上世纪二三十年代，对高自行矮星的观测中，发现一些谱线具有强烈的变化。随后在一系列恒星的氢发射线中也发现了这种现象。然而直到1948年，来自威尔逊山天文台的天文学家对其中一颗高自行双星[6]的一次短时标快速光变进行了定量研究，才真正拉开了恒星耀发研究的序幕。
如今，这颗著名的恒星被称作鲸鱼座UV变星（UVCeti）[7],之后的观测揭示出其在诸多波段上也同时存在快速变化，从而逐渐认识到其与太阳耀斑存在某种关联。因此，恒星的这种光变也被称做“flare” ，但是由于对恒星缺少成像观测，恒星天文学家一般翻译成“耀发” 。在接下来对恒星耀发进行地面观测的几十年里，观测到的样本多是M型矮星的耀发。由于M矮星本身光度低，所以一旦发生耀发，就易于在光变轮廓中辨认出来。
随着观测样本的逐渐增多，一个用来比较太阳和恒星磁场活动的研究方向——日星联系（solar-stellarconnection）也逐渐成为热点[8] 。一个很自然的想法，就是想比较一下太阳和与它长得像的恒星（类太阳恒星）在发脾气（耀发）的方式上有什么异同。然而在地面观测的几十年里，类太阳恒星的耀发样本非常少，难以进行较为有效的统计研究。
2009年，随着Kepler空间望远镜升空，一切有了明显改观。 Kepler望远镜起初设计的主要科学目标是通过对恒星光变曲线的分析，通过凌星法实现对系外行星的搜寻[9] 。 Kepler是一个时域天文学的观测利器，对同一个天区进行连续观测,见图3 。科研数据产品分为long-cadence(低频采样数据， 30分钟一次采样)和short-cadence(高频采样数据， 1分钟一次采样)两种。