作者:吴昊 来源:中国科学报 发布时间:2012-1-14 11:24:47
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中国科学报:晚安,太阳黑子
 
■本报记者吴昊
 
2012,太阳黑子周期爆发极大年将推迟。
 
在它刚刚结束的第23个11a周期中,甚至出现了一个月都无一个黑子的现象。
 
发表在《科学》杂志上的研究更是语出惊人:太阳可能即将进入一个漫长的“冬眠期”。2016年,太阳表面的黑子或许销声匿迹,这将至少维持数十年。
 
寻找太阳黑子
 
公元前28年,汉朝人就观测到了太阳黑子。《汉书·五行志》中描述得很形象:“三月乙未,日出黄,有黑气大如钱,居日中央。”
 
1843年,塞瑟尔·海因里希·施瓦布发现了一个奇特的现象,太阳黑子数具有年际周期性的变化,变化的周期约十年。这位来自德国的天文爱好者,坚持每天仔细观察太阳表面并记录下黑子数,17年不辍。
 
时任伯尔尼天文台台长的鲁道夫·沃尔夫读了施瓦布这篇题为《1843年间的太阳观测》的论文后,颇受启发,于是开始用望远镜观测太阳黑子,并搜集整理了此前包括伽利略时代的观测资料。
 
若干年后,沃尔夫发现太阳黑子数变化周期平均为11.1年,包括其从一个最小值到另一个最小值的时间。并且,他把1755年作为第一个太阳黑子活动周期元年。
 
截至目前的250年里,人们观测到的最短太阳黑子周期为9年,最长为14年。
 
太阳黑子管窥
 
随着科学研究的深入,人们发现这些“黑点”颇不简单——它的活跃与否,是太阳活动的重要标志。
 
太阳黑子存在于太阳表面,因温度相对较低,所以显得“黑暗”,并因此得名。这些发暗的斑点,温度大约为4500℃,比太阳光球层表面温度低1500℃。
 
大一些的太阳黑子直径可达20万公里,甚至比地球还大,因此人们不用望远镜也可以直接观察到。
 
太阳黑子的形成周期短,一般成群出现在太阳表面,形成后几天到几个月就会消失,而新的黑子又会产生。它由本影和半影构成,其中本影特别黑,而半影则不太黑。按太阳自转方向,人们通常将黑子群西部的黑子称为“前导黑子”,东部的称为“后随黑子”。
 
大的太阳黑子群数量增多时,表明太阳上将有剧烈的变化。在开始的4年里,黑子不断产生,活动加剧,在黑子数达到极大的那一年,称为太阳活动峰年;接下来的7年,太阳活动逐渐减弱,黑子也越来越少,当黑子数达到最小,就称为太阳活动谷年。
 
黑子群对地球的磁场和电离层会造成干扰,并在地球的两极地区引发极光。它是如何产生的呢?天文界一般认为,黑子的产生很可能与太阳磁场有密切关系。但其具体机制,目前尚无定论。
 
太阳高层大气中还可出现日珥和谱斑。这些太阳大气中大规模的能量释放过程与太阳黑子一道,被认为是太阳活动高峰的表现形式。
 
太阳沉寂之谜
 
2010年1月19日这天,一个被认为是超长的太阳活动沉寂期结束。这一天,太阳M级的耀斑终于爆发,并且在接下来的24小时里,又发生4次更为强烈的爆发。
 
而在之前的2007年至2009年,太阳很“平静”,黑子的数量远低于平均值。2008年,有73%的日子没有观测到太阳黑子,8月甚至整月无黑子。截止到2010年3月,无黑子日数竟达到近800天,是1913年以来将近100年没有出现过的。
 
2012年,本该是太阳活动极大期,但是目前国际太阳物理界已经普遍接受了高峰期推迟1到2年的结果。同时,黑子磁场的减弱和热层密度的下降,也印证了这一点。
 
2011年3月,印度科学与教育研究所的迪比延杜·南迪在《自然》杂志撰文称,这源于太阳内部的等离子流阻碍了太阳黑子的形成,它延长了太阳活动的低谷期。
 
北京大学教授王绍武在《科学通报》发表综述性文章分析,通过对太空太阳通量、行星际磁场强度、太阳风速等指数来看,这些反映太阳输出能量的指标在1987年后均有明显变化。
 
另外,1999年开始的太阳黑子第23个周期持续时间达到12.4年。而观测数据表明,凡是周期持续时间较长时,往往太阳活动都在减弱。
 
模型显示,除了太阳黑子11a周期及磁场22a周期外,目前太阳的沉寂也符合太阳活动百年尺度的200a周期。也就是说,目前太阳活动各种指数已经或即将接近20世纪初的低点。
 
因此,王绍武提醒道,持续80多年的太阳活动现代极大期可能行将结束,不排除未来出现极小期的可能性,毕竟仅仅最近1000年就出现了4次太阳活动极小期。
 
不过,他也坦言,预报太阳并不是一件轻松容易的事情,也有专家认为作出长期预测为时过早,毕竟人类监测太阳黑子和太阳活动时间并不很长。
 
中科院太阳活动重点实验室副主任邓元勇深有体会:“对于太阳100亿年的漫长寿命而言,十几年时间只相当于一瞬间。”或许,人类不得不防备太阳黑子和我们说晚安。
 
《中国科学报》(2012-01-14A2新知)
 
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