據(jù)澳大利亞科學(xué)預(yù)警網(wǎng)站近日?qǐng)?bào)道，太陽(yáng)上正在發(fā)生某種怪異的事情。到目前為止，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(yáng)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(shí)期的過(guò)程中會(huì)定期噴發(fā)。

太陽(yáng)目前的活躍度明顯高于美國(guó)國(guó)家航空航天局以及國(guó)家海洋和大氣管理局對(duì)當(dāng)前太陽(yáng)周期的官方預(yù)測(cè)，而最早從2020年9月開(kāi)始，太陽(yáng)的活躍度就始終超出預(yù)測(cè)水平。但是，一位研究太陽(yáng)的科學(xué)家將告訴你們，即便是這一點(diǎn)也并不那么奇怪。

澳大利亞悉尼大學(xué)的太陽(yáng)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(wú)法可靠地預(yù)測(cè)太陽(yáng)周期。”

太陽(yáng)周期

太陽(yáng)周期對(duì)太陽(yáng)系有巨大影響，卻相對(duì)不被人們所了解。科學(xué)家們已經(jīng)斷定，它們似乎與太陽(yáng)磁場(chǎng)有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系。太陽(yáng)磁場(chǎng)以糾纏、旋渦和環(huán)狀的形式籠罩住太陽(yáng)表面。

大約每隔11年，太陽(yáng)的磁極就會(huì)翻轉(zhuǎn)，即北極變成南極，南極變成北極。這種翻轉(zhuǎn)與被稱(chēng)為“太陽(yáng)活動(dòng)峰”的現(xiàn)象同時(shí)發(fā)生，后者的特征是太陽(yáng)黑子、太陽(yáng)耀斑和日冕物質(zhì)拋射活動(dòng)達(dá)到峰值。

在這種逆轉(zhuǎn)發(fā)生后，太陽(yáng)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(shí)期——當(dāng)前周期的上升階段。這是我們開(kāi)始統(tǒng)計(jì)太陽(yáng)周期以來(lái)的第25個(gè)周期。

太陽(yáng)活躍度周期是根據(jù)一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)描述和預(yù)測(cè)的：觀察到的太陽(yáng)黑子數(shù)量。太陽(yáng)黑子是一些磁場(chǎng)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(shí)性區(qū)域。它們看上去像是黑點(diǎn)，因?yàn)榇艌?chǎng)抑制熾熱離子體的流動(dòng)，因此這些區(qū)域與它們周?chē)膮^(qū)域相比溫度較低，也顯得更暗淡。

據(jù)美國(guó)全國(guó)大氣研究中心的太陽(yáng)物理學(xué)家斯科特·麥金托什稱(chēng)，根據(jù)我們統(tǒng)計(jì)的太陽(yáng)黑子數(shù)量來(lái)預(yù)測(cè)太陽(yáng)周期是有問(wèn)題的。他告訴科學(xué)預(yù)警網(wǎng)站：“太陽(yáng)黑子周期并非關(guān)鍵問(wèn)題。它是個(gè)次要問(wèn)題。規(guī)則的制定方式、教科書(shū)的編寫(xiě)方式、太陽(yáng)活動(dòng)的呈現(xiàn)方式，這些才被稱(chēng)為關(guān)鍵。問(wèn)題在于，黑子周期確實(shí)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(guò)是這幅更大畫(huà)面中的一份子而已。”

黑爾周期是美國(guó)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(gè)11年的太陽(yáng)黑子周期——即太陽(yáng)兩極翻轉(zhuǎn)兩次從而回歸它們最初位置所需的時(shí)間。

與11年的黑子周期形成對(duì)照的黑爾周期可以通過(guò)許多現(xiàn)象進(jìn)行觀察。黑子和太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)周期擁有不同的宇宙輻射波形。這一直被歸因于太陽(yáng)磁場(chǎng)的極性。

太陽(yáng)黑子

是什么導(dǎo)致了太陽(yáng)黑子？根據(jù)現(xiàn)有的模型，它們被認(rèn)為與太陽(yáng)的自轉(zhuǎn)有關(guān)。太陽(yáng)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(chǎng)線要想跟上這種自轉(zhuǎn)，那么它們就會(huì)被拉伸，并最終變得纏結(jié)，從而產(chǎn)生暫時(shí)性、局部性的強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，即太陽(yáng)黑子。

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

展示這種效應(yīng)的動(dòng)畫(huà)與太陽(yáng)黑子的觀測(cè)數(shù)據(jù)吻合得非常出色——初始磁場(chǎng)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(chēng)，這是因?yàn)檫@個(gè)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?zhuān)禾?yáng)黑子是由重疊的黑爾周期的磁場(chǎng)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(yáng)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(shí)間為橫坐標(biāo)繪出的黑子分布圖。

磁場(chǎng)活動(dòng)

一旦這些研究人員看到了這一現(xiàn)象，他們便找來(lái)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(gè)太陽(yáng)黑子周期接近尾聲時(shí)，隨著黑子看起來(lái)越來(lái)越靠近赤道，可以在中緯度區(qū)域觀察到屬于下一個(gè)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(yáng)的呈反向極化的帶狀磁場(chǎng)活動(dòng)：它們是造成太陽(yáng)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(dòng)影響：當(dāng)兩個(gè)極性相反的周期重疊時(shí)，它們互相產(chǎn)生干擾。

這種干擾的結(jié)果是它們的磁場(chǎng)系統(tǒng)共同抑制黑子的產(chǎn)生，于是隨之而來(lái)的是太陽(yáng)黑子活動(dòng)最少的時(shí)期。