每个太阳黑子周期都变得不那么强烈。我们的星星睡着了吗？ 太阳活动是指太阳磁场的状态和相关现象：太阳黑子、耀斑、太阳风和日冕抛射。在太阳活动最少的时期，此类事件通常不常见且微弱。在太阳活动高峰期，它们是最强和最频繁的。太阳上的磁场波动可能发生在截然不同的时间尺度上，从几秒一直到数十亿年不等。当天文学家谈到太阳活动的＂放缓＂或一段静止期时，并不意味着太阳会停止发光，而是活动放缓。 太阳有一种特殊的节奏，持续大约 11 年，在这种节奏中，它的极地磁场会翻转极性。太阳黑子是这种变化的一个指标。事实上，它通常被称为＂太阳黑子周期＂。 尽管从 1609 年起，伽利略、克里斯托夫·沙伊纳和其他人首先详细观察了太阳黑子本身，但根据大英图书馆的说法，丹麦天文学家克里斯蒂安·霍雷博 (Christian Horrebow) 于 1775 年首次注意到它们出现和消失的周期性。 1843 年，海因里希·施瓦贝 (Heinrich Schwabe) 重新发现了它。1848年，瑞士天文学家鲁道夫·沃尔夫（Rudolf Wolf）利用施瓦贝等人的结果，并进行自己的观测，计算出11年的周期，并用数学方法计算出太阳黑子的数量。根据美国国家海洋和大气管理局(NOAA) 的说法，这个所谓的＂狼数＂至今仍在使用。 当时的许多其他天文学家要么独立观察到这个周期，要么受到其他人的结果的启发。沃尔夫自己对 1755 年至 1766 年太阳黑子周期的计算被标记为第一个，此后的每个太阳黑子周期都按此顺序编号。我们现在处于周期 25。 但有时斑点根本不出现。从 2019 年 12 月开始的当前太阳周期的前六个月的 80 天就是这种情况。在第 24 周期的同一时期，情况更大，那里有 281 天无斑点。从 1645 年到 1715 年，太阳黑子的数量几乎完全崩溃，实际上可以用两只手来计算。 由于缺乏信息，沃尔夫努力拼凑 1700 年代中期之前的太阳周期，但这并不意味着没有观察到太阳黑子。当时许多杰出的天文学家，例如乔瓦尼·卡西尼（Giovanni Cassini），继续进行观测。德国天文学家古斯塔夫·斯波勒 (Gustav Spörer) 后来注意到了这一 70 年的太阳静止期，这在后来启发了英爱夫妻团队 Edward 和 Annie Maunder。根据不列颠百科全书，该时期已被命名为蒙德极小期。 之前和之后还有其他间歇期，例如 Spörer 和道尔顿最小值。然而，美国宇航局的太阳物理学家 Madhulika Guhathakurta 以个人身份发言，质疑当时可用的技术如何影响观测。＂在蒙德极小期期间，当我们无法探测到任何太阳黑子时，问题仍然是我们在当时或现在探测到非常微弱的太阳黑子的能力如何？＂ 她通过电子邮件告诉 All About Space。我们不知道，也没有办法衡量。与没有检测到太阳黑子相关的不确定性比在太阳活动极大期计算它们要困难得多。＂ 2020 年第 25 周期的总体太阳黑子数量比第 24 周期的同期多 80%，这表明当前周期实际上可能更强，而不是更弱。国际太阳周期 25 预测小组在 2020 年 9 月表示，他们预计第 25 周期的强度与第 24 周期差不多。自那时以来，共识是否发生了变化，还是仍然相同？ ＂共识没有改变，＂小组联合主席道格·比塞克 (Doug Biesecker) 告诉 All About Space。共识仍然是当前的周期将与第 24 周期非常相似。＂在本周期的早期阶段，我们没有看到任何与小组预测的 2025 年 7 月达到 115 个[太阳黑子] 峰值不同的显着差异。＂ 这些预测基于 13 个月的＂平滑太阳黑子数＂——一种计算太阳黑子的统计方法。而且你在研究太阳时必须要有耐心。正如比塞克所说：＂周期开始后可能需要长达三年的时间，我们才能有信心地说预测是否仍然有效。＂ Guhathakurta 认为这个循环并非异常。＂将太阳黑子视为太阳活动的非物理指标，我认为这个太阳周期并不罕见，尤其是在前一个周期的背景下。这个周期有点模仿这一点。即使在 1800 年代和 1900 年代初期，你也会看到这么大的周期。＂ 在测试有关太阳如何工作的科学理论时，成功预测太阳天气无疑是必不可少的。但这样做有一个更紧迫的实际原因。强烈的太阳耀斑事件和日冕物质抛射——最有可能发生在太阳极大值时期——会破坏现代技术。 高能粒子流会损坏航天器、卫星甚至地面电力系统。后者特别脆弱，因为太阳辐射很容易干扰地球磁场，在长电力线中感应出电流。据美国宇航局报道，1989 年 3 月，这样的地磁风暴摧毁了大型电网变压器并关闭了整个加拿大魁北克。而这只是历史的重演。1859 年 9 月，一场被称为卡林顿事件的地磁风暴给电报系统带来了有趣的问题。 电报运营商注意到，他们可以断开电池的连接，仅使用风暴的感应电流进行工作——有时效果会有所改善！迄今为止，这是有记录以来最强大的日冕物质抛射。如果现在发生卡林顿级事件，将对电力系统和卫星造成广泛的破坏和中断。除了大量电子产品外，任何穿越地球地磁场保护层的宇航员——例如前往月球或火星——都将处于危险之中，这是美国宇航局即将进行的阿尔忒弥斯登月计划需要牢记的。 考虑到风险，再加上太阳是一个如此复杂的系统，除了太阳黑子之外，必须有另一种方法来收集有关其未来行为的信息。存在其他久经考验的方法，但箭袋中很可能还有另一个箭头。由科罗拉多州博尔德国家大气研究中心高海拔天文台的 Scott McIntosh 领导的美英团队研究了一种与太阳黑子活动有关的现象。 该团队使用来自美国宇航局太阳动力学天文台等来源的数据，研究了日冕中的极紫外和 X 射线闪光。太阳大气中这些所谓的＂亮点＂与太阳内部流动的大面积物质相关，太阳内部的旋转速度比表面等离子体快，类似于太阳黑子的旋转速度。马里兰大学的罗伯特·利蒙（Robert Leamon）将其比作氦气球被底部的重物拖动。 这样的研究可能比太阳黑子周期更有用，因为它显示了磁极性。在 19 世纪，理查德卡林顿和斯波勒都发现了太阳黑子在太阳周期的不同时间点出现在不同纬度，从中纬度开始，最后向赤道迁移。根据时间绘制，这导致了一个独特的＂蝴蝶＂图。 在这张由太阳动力学天文台拍摄的图像中，太阳黑子在动荡的表面上表现为黑斑。 但在 20 世纪初，美国天文学家乔治·埃勒里·黑尔 (George Ellery Hale) 通过展示完整的极地翻转实际上是如何跨越两个太阳黑子周期的，证明了太阳磁力的重要性：据NASA 称，一次翻转，然后一次翻转。这个 22 年的 Hale 周期正是 McIntosh 团队所关注的。亮点是黑尔循环磁带的标记。 这就引出了一个问题，为什么更广泛的太阳科学界不以这种方式更多地利用这种观察。麦金托什说：＂人们过去曾称它们为短暂的活动区，但它们主要被锁定在太阳活动的‘大白鲸’中：太阳黑子。＂ 就像太阳黑子一样，磁带穿过太阳的纬度，在赤道相遇，在麦金托什所说的＂终止事件＂中湮灭。他的团队使用这些终止事件来确定完整的 22 年磁周期，以及过去 11 年的太阳黑子周期。 使用这些以及对 2020 年终结者事件的预测，该团队预测太阳周期 25 实际上将是强大的。与科学共识形成鲜明对比的是，他们说这将是有史以来最强的一次。 Biesecker 支持该团队的方法：＂McIntosh 等人的工作非常有趣。让他们的预测成真会非常令人兴奋，因为它将帮助我们了解如何更好地预测未来的太阳周期。＂ 但他确实有一个警告。＂麦金托什技术还没有做出真正的预测。也就是说，对未来一无所知。专家组很难对一项从未做出过预测的新技术给予太多重视。可以测试。＂ 他说，其他更传统的方法仍在继续使用，因为它们在过去取得了成功并且更为人所知。 最近的恒星：我们的太阳 支配我们太阳系的神秘动力装置内部发生了什么？ 然而，如果麦金托什的研究是正确的，那么它对太阳内部有什么看法呢？麦金托什说：＂太阳内部的磁系统比我们预期的要强得多，而且它们之间的相互作用很强，从而形成了斑点的产生。＂ 磁场带相对于周围环境的压力很重要：＂我的感觉是，太阳确实想要平衡，而我们在太阳黑子方面看到的是这种压力不平衡的结果——全球、局部和纵向。 ＂ 这意味着他们认为他们只看到了与磁场相关的冰山一角。 麦金托什还表示，他们分析中55度纬度带的重现，可以追溯到整个观测和摄影记录，是非常被忽视的。它表明结构或几何特征在形成和聚集太阳内部磁场方面起着重要作用。 还有很多悬而未决的问题。但该团队的方法是否适用于空间天气预报？正如 Leamon 所说：＂现在下结论还为时过早，但到目前为止，观测到的太阳黑子数量和其他措施，例如 F10.7 太阳射电通量 [10.7 厘米波长的无线电波] 正在跟踪我们更高的预测，而不是更低的面板共识。无论太阳黑子水平发生什么，都会有一些大风暴，我们的技术社会将在太阳周期 25 期间以某种方式受到影响。＂ 一个太阳黑子的特写视图。计算太阳黑子是测量太阳活动的主要方法。 麦金托什表示赞同：＂有迹象表明，它有望超过 24 次，也可能超过 23 次。但我们确实需要发生终止事件，才能真正忠实于预测。＂ 他仍然相信这将是一个高于平均水平的周期，甚至可能进入记录的前 10 名。＂但在那件事发生之前，我们不会确定。＂ Biesecker 展望未来。＂正如 McIntosh 等人详细介绍的那样，黑尔周期的相关性将成为太阳周期 26 面板需要考虑的问题。＂ 他指出，观察 22 年的黑尔周期对预测来说并不陌生，而且科学家们过去曾研究过奇数周期和偶数周期的影响，尽管其技巧不如观察下一个直接周期的前兆。＂当预测太阳周期 26 的小组召开会议时，预计麦金托什技术将成为谈话的重要组成部分，＂他诱人地总结道。 Guhathakurta 表示，未来的技术还可以为更好地了解太阳活动铺平道路。＂在过去的四年里，我在 NASA 艾姆斯研究中心制定了一个名为 Frontier Development Lab 的项目，并对人工智能以及我们如何利用我们的数据和 AI 工具来推断可以更好地指导物理结果的模式着迷，＂她说. ＂机器学习和人工智能对于通过大量数据了解太阳变化和气候至关重要。＂