我們的太陽每天都發光發熱，哺育著地球上的萬物生長，可以說太陽就是地球上一切生命之源，萬物生長靠太陽[1]。

　　看似和藹可親的太陽，和人一樣，當內部“壓力”積累到一定程度之后，有時候也會偶爾發發脾氣，需要釋放。人類感情的宣泄，往往是由于長時間精神壓力的積累;而太陽發脾氣則是由于太陽大氣中磁場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家Richard Carrington[2]和Richard Hodgson[3]在1859年發生的一次巨大太陽爆發中觀測到。這兩位“同名”先生幾乎在同一時間在距離不到幾十英里的自家天文臺里，看到了太陽的光學輻射有顯著增強，見圖1，史稱“卡林頓事件(Carrington Event)”。這種增強被太陽物理學家稱為“flare”，中國內地太陽物理學界譯為“耀斑”，而中國臺灣太陽物理學者則譯為“閃焰”。

　　
 

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

　　這次太陽爆發一并產生了很多地球物理事件(在當時還不能科學的認識到兩者的物理關聯)。事件發生時，正值我國清代咸豐九年，當時疲弱的清政府正處在太平天國運動和第二次鴉片戰爭交織的內憂外患中無法自拔，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，歡迎您關注我們后續的詳細介紹。

　　早期對太陽耀斑的知識主要來源于地面望遠鏡光學波段的觀測，但是隨著觀測儀器的不斷進步，現在人們已經用高時間分辨率，高空間分辨率，全波段高能譜分辨率，抵近的觀測設備對耀斑進行非常細致的觀測[4,5]。尤其是對耀斑最敏感的軟X射線波段，GOES衛星在幾個太陽活動周內積累了大量的耀斑樣本，為耀斑的研究提供了方便。一個經典的太陽耀斑輪廓見圖2。

　　
 

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

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

　　隨著觀測樣本的逐漸增多，一個用來比較太陽和恒星磁場活動的研究方向——日星聯系(solar-stellar connection)也逐漸成為熱點[8]。一個很自然的想法，就是想比較一下太陽和與它長得像的恒星(類太陽恒星)在發脾氣(耀發)的方式上有什么異同。然而在地面觀測的幾十年里，類太陽恒星的耀發樣本非常少，難以進行較為有效的統計研究。

　　2009年，隨著Kepler空間望遠鏡升空，一切有了明顯改觀。Kepler望遠鏡起初設計的主要科學目標是通過對恒星光變曲線的分析，通過凌星法實現對系外行星的搜尋[9]。Kepler是一個時域天文學的觀測利器，對同一個天區進行連續觀測, 見圖3。科研數據產品分為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、賀晗研究員等人發表在英國《皇家天文學會月刊：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，對恒星耀發光變輪廓的精細結構進行研究，從而揭示出類太陽恒星耀發的特征時間[10]。

　　太陽耀斑的光變輪廓呈現比較明顯的先升-后降的特征，在耀斑研究者的術語里，這種兩段式特征被分為“上升相”和“下降相”。本文的通訊作者、領導此項研究的賀晗研究員解釋說：“一般來說，耀斑的上升相代表了太陽磁場能量通過磁重聯過程快速釋放的過程，而其下降相則代表了耀斑源區的逐漸冷卻過程。因而，耀斑的上升相和下降相的特征時標，對耀斑研究具有非常重要的物理意義。”通過對Kepler數據的分析，我們發現恒星耀發也存在明顯的先升-后降特征，如圖4所示，為我們后續進行比較研究提供了很好的樣本。

　　
 

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

　　那么，如何選取樣本呢?首先，需要找出和太陽長得像的恒星來。在這個研究中，我們采用了三個恒星物理中比較成熟的參數來界定，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顆與太陽長得很像的耀發恒星，并在其光變輪廓中找到了184個耀發樣本。

　　閆巖博士說：“通過對樣本的統計分析，我們得出類太陽恒星耀發的上升相和下降相的時間的中位數分別為5.9分鐘和22.6分鐘，這和太陽耀斑的結果非常相似。因此，我們可以這樣說，類太陽恒星不僅和太陽長得像，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，正是浩瀚星空發生的劇烈磁能釋放。

　　通過進一步研究，我們發現上升相和下降相的分布規律都具有明顯的尖峰-長尾特征，符合統計學里的對數正態分布[11]，置信水平達到0.95，如圖5所示。

　　
 

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

　　“類太陽恒星耀發上升相和下降相的分布都符合對數正態分布，這個結論會讓我們把它當做研究其它類型恒星耀發特征時間的基準，從而看看其它類型的恒星在耀發行為上是否也和類太陽恒星差不多。”賀晗研究員評論說。

　　在太陽系中，太陽耀斑是空間天氣的源。就耀斑本身來說，它可以影響到地球的空間環境，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-行星系統來說，宿主恒星耀發產生的高能輻射也同樣會參與系外行星大氣的演化過程。

　　恒星耀發中產生的紫外輻射通量變化會對系統內的行星大氣產生作用，進而影響到系外行星的宜居性問題。因此，通過對恒星耀發特征時間的研究，有助于我們為將來的星際移民做好準備。

　　在某次關于太陽-恒星物理的學術討論會上，紫金山天文臺的熊大閏院士曾經說：“對于太陽來說，我們得到的是豐富的、細致的耀斑樣本;然而對于恒星來說，我們獲取的是各種不同類型恒星的耀發信息。”

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

　　160多年后的今天，我們從大量恒星耀發的樣本中，可以更自信地用《增廣賢文》里的名句來表達我們對恒星耀發研究的期待：“一花獨放不是春，萬紫千紅春滿園”。