什么是太阳活动周 它对我们又有什么影响呢?

2021-03-24 16:18:35

古希腊哲学家赫拉克利特有句名言:“太阳每天都是新的。”以现代天文学的眼光来看,他说得一点儿都没错。尽管我们用肉眼看不出太阳的变化,但是通过望远镜、日冕仪等设备,人们发现日珥、黑子数目、日冕形状等日面特征几乎每天都变化不断。

2019年年底,天文学家注意到太阳活动非常安静,这意味着新一轮太阳活动周的到来。到2020年9月,这一结果得到确认。现在,太阳的活动将逐渐转强,预计于2025年达到极大。什么是太阳活动周?它对我们又有什么影响呢?

太阳吼一吼,地球抖三抖

17世纪望远镜出现之后,人们发现太阳的表面并不是光洁无瑕的,而是经常出现黑色的斑点——黑子,它们是日面上温度略低从而显得比周边更暗的区域。1843年,德国业余天文学家施瓦贝最早发现太阳黑子的数目大约有着11年的周期变化。后来,天文学家们确认这个周期现象与太阳的活动有关,并把1755年记为第一个太阳活动周的起点。从那时起算到现在,2019年年底开启的是第二十五个太阳活动周。

一个太阳活动周的长度为7—14年,均约为11年。每一轮都开始于太阳活动最弱的时候,随后慢慢增强,大约五六年后达到峰值,然后再慢慢转弱,直到下一个周期。这种周期变化的主要原因是太阳电磁场的准周期振荡,但其中的物理机制现在仍然不甚明了。

在太阳活动极大的年份,耀斑、日冕物质抛射等爆发事件大大增加,爆发时的电磁辐射、高能带电粒子流和高速等离子体云侵袭地球,会直接影响现代人类的生活。例如破坏卫星以及卫星上的仪器、干扰无线电传播、使卫星定位/导航产生误差,甚至还可能导致宇航员受到辐射伤害。美国的第一个空间站“天空实验室”就是受此影响——因地球大气被加热、体积膨胀,增大了轨道上的摩擦力,最终提前掉进大气层坠毁。在高纬度地区可能会看到更多的极光,电力系统可能受到影响(历史上影响最大的一次是1989年3月的加拿大魁北克大停电事件)。好在这些爆发事件一般不会直接影响到人们的身体健康。只是对于穿越极区的航空乘客来说,若恰逢高能粒子流的沉降,受到的辐射剂量会增大,对健康不利。

在太阳活动的极小期,地球是不是更安全些呢?答案可能恰恰相反,这与日球层有关。日球层是超声速太阳风向外膨胀时与邻星际介质相互作用所形成的巨大“泡状”空间,它能够帮助地球抵御来自太阳系外的宇宙射线。太阳活动较弱时,日球层减弱,会有更多的宇宙射线抵达地球。如果此时恰逢太阳穿过银河系银盘上的恒星活动密集区,纷至沓来的宇宙线可能会破坏地球臭氧层、增加低空云层并引起气温下降,从而给地球生命带来危险。

地球冷或暖,太阳未必管

刚过去不久的第二十四个太阳活动周,太阳活动处于100年来的最低水,黑子数的峰值只有23周的一半多一点儿。一些太阳物理学家预计第二十五个活动周可能与之类似,太阳活动依然会相对安静。

那么,我们会不会进入历史上曾出现过的太阳活动“极小期”,从而迎来全球变冷呢?这是很多人关心的问题。19世纪的英国天文学家蒙德等人在总结历史数据时,指出公元1645—1715年,在太阳上几乎没有观测到任何黑子。这段时期后来被称为“蒙德极小期”,当时恰逢全球气温下降,欧洲的主要河流结了冰,粮食歉收,出现饥荒。在中国,饥荒可能还加速了明朝的灭亡。

“蒙德极小期”曾引发了关于太阳安静导致地球降温的猜测。但现在的主流研究认为,太阳活动与当时的气温降低并没有明显联系,至少不是主要原因,降温可能来自于火山活动的增加和海洋环流的变化等。而且历史上也出现过太阳活动较弱而地球气温升高的例子。目前,太阳物理学家预计第二十五个太阳活动周不大可能进入另一个“极小期”。而就算真的赶上了,我们也不会迎来另一个“小冰期”。

在人们普遍关心的全球变暖问题上,太阳活动也不是背后的“主谋”。根据全球气候机构2021年年初发布的数据,2020年全球均气温为14.9摄氏度,比1850—1900年的均气温高了1.2摄氏度,仅最40多年以来就上升了0.8摄氏度。而太阳辐射能量的变幅,在活动极大期和极小期只相差0.15%左右,不会产生这么明显的持续温度变化。另外也没有证据表明太阳活动对流层以外的气候有什么影响,例如地表温度、降雨量或风向等并没有显示出与太阳活动周的相关

总之,“天行有常”,短短10余年的太阳活动周期,并不会给地球带来重大影响。我们面临的气候与环境问题,并不能归咎于太阳,恐怕更应该从人类社会的发展方式上去寻找答案。

(作者系北京天文馆副研究员)

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