太陽上正在發(fā)生多少怪事

【澳大利亞】米歇爾·斯塔爾

太陽上正在發(fā)生某種怪異的事情。

在2022年的幾乎每一天里，它都在以耀斑和日冕物質(zhì)拋射的方式進(jìn)行噴發(fā)，其中一些是我們的恒星所能進(jìn)行的最大強(qiáng)度噴發(fā)。

就其本身而言，太陽的噴發(fā)并不奇怪。它在以為期約11年的周期，輪番經(jīng)歷高活躍度和低活躍度時期的過程中，會定期噴發(fā)。

太陽目前的活躍度明顯高于美國國家航空航天局以及國家海洋和大氣管理局對當(dāng)前太陽周期的官方預(yù)測，而最早從2020年9月開始，太陽的活躍度就始終超出預(yù)測水平。但是，一位研究太陽的科學(xué)家告訴我們，即便是這一點也并不那么奇怪。

澳大利亞悉尼大學(xué)的太陽天體物理學(xué)家邁克爾·惠特蘭告訴科學(xué)預(yù)警網(wǎng)站：“我們無法可靠地預(yù)測太陽周期。”

太陽周期

太陽周期對太陽系有巨大影響，卻相對不被人們所了解?？茖W(xué)家們已經(jīng)斷定，它們似乎與太陽磁場有著千絲萬縷的聯(lián)系。太陽磁場以糾纏、旋渦和環(huán)狀的形式籠罩住太陽表面。

大約每隔11年，太陽的磁極就會翻轉(zhuǎn)，即北極變成南極，南極變成北極。這種翻轉(zhuǎn)與被稱為“太陽活動峰”的現(xiàn)象同時發(fā)生，后者的特征是太陽黑子、太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射活動達(dá)到峰值。

在這種逆轉(zhuǎn)發(fā)生后，太陽的活躍度減弱，之后再次加強(qiáng)至峰值期。這就是我們目前所處的時期——當(dāng)前周期的上升階段。這是我們開始統(tǒng)計太陽周期以來的第25個周期。

太陽活躍度周期是根據(jù)一項標(biāo)準(zhǔn)來描述和預(yù)測的：觀察到的太陽黑子數(shù)量。太陽黑子是一些磁場特別強(qiáng)烈、從而使耀斑和日冕物質(zhì)拋射容易爆發(fā)的臨時性區(qū)域。它們看上去像是黑點，因為磁場抑制熾熱離子體的流動，因此這些區(qū)域與它們周圍的區(qū)域相比溫度較低，也顯得更暗淡。

據(jù)美國全國大氣研究中心的太陽物理學(xué)家斯科特·麥金托什稱，根據(jù)我們統(tǒng)計的太陽黑子數(shù)量來預(yù)測太陽周期是有問題的。他告訴科學(xué)預(yù)警網(wǎng)站：“太陽黑子周期并非關(guān)鍵問題。它是個次要問題。規(guī)則的制定方式、教科書的編寫方式、太陽活動的呈現(xiàn)方式，這些才被稱為關(guān)鍵。問題在于，黑子周期確實不是關(guān)鍵，黑爾周期——即22年的磁周期——才是關(guān)鍵。而黑子周期只不過是這幅更大畫面中的一分子而已?！?/p>

黑爾周期是美國天文學(xué)家喬治·埃勒里·黑爾在20世紀(jì)初發(fā)現(xiàn)的。它包括兩個11年的太陽黑子周期——即太陽兩極翻轉(zhuǎn)兩次從而回歸它們最初位置所需的時間。

與11年的黑子周期形成對照的黑爾周期可以通過許多現(xiàn)象進(jìn)行觀察。黑子和太陽磁極的極性——以及到達(dá)地球的銀河系宇宙射線的強(qiáng)度——都在不斷發(fā)生變化。

太陽的活躍使得宇宙射線更難到達(dá)地球，但是奇數(shù)排行和偶數(shù)排行的太陽周期擁有不同的宇宙輻射波形。這一直被歸因于太陽磁場的極性。

太陽黑子

是什么形成了太陽黑子？根據(jù)現(xiàn)有的模型，它們被認(rèn)為與太陽的自轉(zhuǎn)有關(guān)。太陽赤道的自轉(zhuǎn)速度快于兩極。如果沿縱向行走的筆直的磁場線要想跟上這種自轉(zhuǎn)，那么它們就會被拉伸，并最終變得纏結(jié)，從而產(chǎn)生暫時性、局部性的強(qiáng)磁場區(qū)域，即太陽黑子。

麥金托什說：“大約60年前，科學(xué)家為了便于理解，對這些磁場進(jìn)行了近似化，認(rèn)為它們與太陽上的流體相比是微不足道的。因此，當(dāng)太陽進(jìn)行環(huán)流——就像我們的地球那樣——時，大氣層的升溫將推動環(huán)流，而在這種環(huán)流持續(xù)不斷的情況下，磁場將受到環(huán)流的拉拽并予以跟隨。”

展示這種效應(yīng)的動畫與太陽黑子的觀測數(shù)據(jù)吻合得非常出色——初始磁場出現(xiàn)在緯度約30度的區(qū)域。但是，據(jù)麥金托什及其同事稱，這是因為這個模型的創(chuàng)建目的就是為了解釋這種——而且僅僅是這種——現(xiàn)象。

存在一種替代的解釋：太陽黑子是由重疊的黑爾周期的磁場所生成的干涉圖形。麥金托什和同事最早在2011年注意到太陽黑子數(shù)據(jù)中的一種明顯圖形，即所謂的蝴蝶圖中的一種重疊。蝴蝶圖是以緯度為縱坐標(biāo)、時間為橫坐標(biāo)繪出的黑子分布圖。

磁場活動

一旦這些研究人員看到了這一現(xiàn)象，他們便找來自己可以弄到的盡可能多的黑子數(shù)據(jù)并加以研究。這些數(shù)據(jù)可以追溯到19世紀(jì)60年代。

他們發(fā)現(xiàn)，這種重疊持續(xù)出現(xiàn)。在某個太陽黑子周期接近尾聲時，隨著黑子看起來越來越靠近赤道，可以在中緯度區(qū)域觀察到屬于下一個周期的黑子的出現(xiàn)。

研究人員發(fā)現(xiàn)，這些圖形表示的是以周期方式穿越太陽的呈反向極化的帶狀磁場活動：它們是造成太陽黑子周期的原因，而非受到該周期的影響。此外，這些周期可以互動影響：當(dāng)兩個極性相反的周期重疊時，它們互相產(chǎn)生干擾。

這種干擾的結(jié)果是它們的磁場系統(tǒng)共同抑制黑子的產(chǎn)生，于是隨之而來的是太陽黑子活動最少的時期。

（李恒克摘自2022年7月27日《參考消息》）