今天是2021年9月1日，星期三，看似平淡无奇，可是如果我们回到162年前，去英国走走，那可能真的要出现另一番景象了。

缘起

1859年，大英帝国正处于汉诺威王朝的维多利亚女王统治时期，带着日不落的光环，如日中天，史称“维多利亚时代”[1]。如果我们此时路过伦敦，你会看到优雅的绅士戴着高顶礼帽，配上一袭深色调的正装在品读今天刚刚出版的《泰晤士报》，而女士们则身着束腰的长裙，一边品尝着英伦格调的下午茶，一边还要手捧当时的畅销书《简·爱》，含英咀华。工业革命的浪潮使这个位于欧洲大陆外的岛国获得了巨大的财富，也带来了文化的空前繁荣，几乎在人类的各个领域都站在了当时的“世界之巅”。

当时的人们不止在生活方式上优雅时尚，略有经济余力的，还纷纷把兴趣放在科学研究上，要么花“巨资”购买昂贵的仪器，要么干脆亲自上阵，自制科学仪器进行科学实验。卡林顿 (Richard C. Carrington) 就是这样一个深谙科学时尚的达人，他于1853年在距离伦敦30公里的萨里郡红土岗村(Redhill, Surrey)自家别墅上花费5000英镑[2]（简·爱作为当时的一个私人家庭教师，年收入仅为30英镑）建了一座私人天文台（图1），开始“仰观宇宙之大，俯察品类之盛[3]”。

图1. 红土岗天文台掠影（图源：https://www.sciencemuseum.org.uk/objects-and-stories/how-does-space-weather-affect-earth）

在最初6年坚持不懈的观测中，他利用昂贵的望远镜实现了白天测日，晚上观星的 “24小时不间断观测”，这看似循规蹈矩的观测活动，到了9月1日，一切就要变了。前几天太阳上已经出现了巨大的黑子群，他连续忙了几天手绘黑子的工作，但是对于一个乐此不疲而又技巧娴熟的人来说，与其说是辛苦，不如说是快乐（手绘黑子是太阳研究的传统工作，在照相术广泛应用于天文学前，是第一手的“图像”数据资料，我国的云南天文台和青岛观象台一直保持着这个传统，图2）。

图2. 手绘黑子图云南天文台（上），青岛观象台（下）[4](图源：云南天文台/青岛观象台)

“三台演义”

今天早晨起来，卡林顿照例把望远镜对准太阳，然后把太阳的白光像投射到一个预先画好坐标的白纸上，描起黑子来。这天的黑子依旧非常大，需要花费一定的时间，一直描到接近中午。然而，突然间，在黑子区域出现两团闪光，而且在不停的闪耀。起初，卡林顿怀疑是由于仪器的原因，造成反光，但是当排除了其他因素后，他顿时意识到这是来自太阳本身的闪耀。他惊奇的意识到这将会是一个大发现，想出去找个共同目击者。但是60秒回来之后，却发现两团闪耀已经开始变化，而且存在衰减迹象。卡林顿凭着记忆迅速的把关键的位置描在了这张纸上，如图3所示。他同时记录了整个过程经历的时间，11时18分开始，11时23分结束，大约持续5分钟，而且也按照投射的太阳像大小估算了该事件移动的距离，大约为35000英里。最后，把这个手绘图在11月的例行会议上展出[5]。

图3. 闪耀首次出现在A、B位置，消失在C、D位置 (图源：Carrington C. R. 1859, MNRAS)

非常幸运的是，还有另一位“业余天文学家”霍奇森(Richard Hodgson)先生也在伦敦北郊Highgate的自家天文台里同时观测到了这次事件,并在皇家天文学会例会上做了报告。对于这次闪耀事件，他不但给出了和卡林顿大致差不多的描述，还增加了对闪耀颜色和亮度的描述——几乎可以和织女星（α Lyrae, 天琴座α星）媲美。为了保证彼此观测发现的独立性，卡林顿小心翼翼地保持着自己的结果，避免与霍奇森进行过多的交流，而是让彼此独立完成论文，提交给皇家天文学会会刊发表，两篇文章出现在同一期的前后两篇[6]。但是需要说明的是，当时霍奇森先生也给大会提交了一幅手绘图，可惜不知道因为什么原因，没有保存下来，这不得不说是一种遗憾。

当时，在Kew观象台[7](Redhill, Highgate, Kew三处的相对位置图，见图4)里安装了最新发明的自动地磁记录仪，卡林顿事件发生后，地磁仪记录到了非常大的偏离，如图5所示，在11点15分的时候，出现了一次钩状起伏(crochet)，18小时之后，出现了大规模地磁暴[8] （按照现在的认知，第一个crochet是电离层扰动，称为太阳耀斑效应（Solar Flare Effect, SFE））。后世科学家给出了其地磁暴强度Dst指数（通过环电流计算的地磁指数）峰值可以达到-1760nT[9]，远远超过有地磁记录以来的其他地磁暴。

图4. 三处确认卡林顿事件的观测地点相对位置图（比例尺按照英里计算），白色星所处的位置为泰晤士河畔威斯敏斯特宫，英国议会所在地，落成于1858年（图源：Cliver, E.W., The 1859 space weather event: then and now, Adv. Space Res., 38, 119–129, 2006）

图5. Kew观象台地磁场矢量的水平分量时序图，(图源：改编自Bartels, J., Solar eruptions and their ionospheric effects – a classical observation and its new interpretation. Terr. Mag. Atmos. Elect. 42, 235, 1937)

能量几何

这种闪耀，在中国太阳物理学家的词典里，有一个更加深刻的名字——“耀斑”。我们现在可以对能量做个简单的估算，根据卡林顿提供的手绘图，耀斑源区的空间尺度大约为25角秒，持续时间约300秒，和织女星的颜色仿佛可以推测其温度约为104K, 如果按照黑体谱的假设，那么这次耀斑的热辐射能量可以按照下式进行估算[10]，

将上述参量代入上式中，笔者可以粗略地估计出卡林顿耀斑的热辐射能量Q_热≈5.57x10³²erg