從遠處看， 太陽 可能看起來平靜而穩定。但放大來看，我們的恆星實際上處於永恆的變動狀態，隨著時間的推移，在一個迴圈往復的週期中，從均勻的火海轉變為扭曲等離子體的混亂堆積，然後再變回均勻的火海。
大約每11年左右，太陽的 磁場 就會像一團緊緊纏繞的橡皮筋一樣變得混亂，直到最終斷裂並完全翻轉——將北極變成南極，反之亦然。在這個巨大的逆轉到來之前，太陽會增強其活動：噴射出火熱的等離子體團，形成行星大小的黑點，並釋放出強大的輻射流。
這個活動增強的時期，被稱為太陽峰值，對地球來說也是一個潛在的危險時期，地球會受到太陽風暴的轟擊，這些風暴可能會擾亂通訊，破壞電力基礎設施，傷害一些生物（包括宇航員），並導致衛星墜向地球。
支援科學新聞事業
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞事業 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保未來能夠繼續講述關於塑造我們當今世界的發現和思想的具有影響力的故事。
一些科學家認為，下一個太陽峰值可能會比我們想象的更早到來，而且威力更大。
最初，科學家預測當前的太陽週期將在2025年達到頂峰。但是，大量的太陽黑子、太陽風暴和罕見的太陽現象表明，太陽峰值最早可能在今年年底到來——幾位專家告訴Live Science，我們對此準備不足。
相關報道： 太陽正在為爆炸性峰值做準備的10個跡象——太陽峰值
是什麼導致了太陽週期？
大約每11年，太陽就會從太陽活動的低點（稱為太陽低谷）到太陽峰值 再回到低谷。目前尚不清楚太陽週期持續這麼長時間的確切原因，但自從第一個恰如其名命名的太陽週期1（發生在1755年至1766年之間）以來，天文學家就注意到了這種模式。根據 美國國家航空航天局的說法，當前的週期，即太陽週期25，於2019年12月正式開始。
那麼是什麼導致了我們恆星的波動呢？英國倫敦大學學院的太陽物理學家 Alex James告訴Live Science：“這一切都歸結於太陽的磁場。”
James說，在太陽低谷期，太陽的磁場是強大而有組織的，具有像普通偶極磁體一樣的兩個清晰的磁極。他補充說，磁場就像一個“巨大的力場”，將太陽的超熱等離子體或電離氣體控制在靠近表面的位置，從而抑制太陽活動。
James說，但是磁場會慢慢變得混亂，一些區域比其他區域更具磁性。結果，太陽的磁場逐漸減弱，太陽活動開始增強：等離子體從恆星表面升起，形成巨大的磁化馬蹄形結構，稱為日冕環，這些日冕環點綴在太陽的低層大氣中。當太陽的磁場重新對齊時，這些火熱的帶狀物會突然斷裂，釋放出明亮的光和輻射，稱為 太陽耀斑。有時，耀斑還會帶來巨大的、磁化的、快速移動的粒子云，稱為 日冕物質拋射 （CME）。
James說，在太陽峰值過後幾年，太陽的磁場會“斷裂”，然後完全翻轉。這標誌著一個週期的結束和一個新的太陽低谷的開始。
相關報道： 太陽風暴會摧毀地球嗎？
為了確定我們所處的太陽週期階段，研究人員會監測 太陽黑子 ——我們恆星表面上較暗、較冷、呈圓形的斑塊，日冕環在那裡形成。
James說：“當強磁場穿透太陽表面時，就會出現太陽黑子。透過觀察這些太陽黑子，我們可以瞭解太陽磁場在那個時刻的強度和複雜程度。”
太陽黑子在太陽低谷期幾乎完全消失，數量會增加，直到在太陽峰值期達到頂峰，但週期與週期之間存在很大差異。
“每個週期都不同，”James說。
太陽週期25
2019年4月，由美國國家航空航天局（NASA）和國家海洋和大氣管理局（NOAA）的數十位科學家組成的太陽週期25預測小組， 釋出了其對太陽週期25的預測，表明太陽峰值可能在2025年的某個時候開始，其規模將與太陽週期24的峰值相當，後者在2014年中期至2016年初之間異常晚地達到頂峰，並且與過去的太陽峰值相比相當弱。
但從一開始，預測似乎就偏離了軌道。例如，觀測到的太陽黑子數量 遠高於預測。
2022年12月，太陽 達到了八年來的太陽黑子峰值。2023年1月，科學家觀測到的太陽黑子數量是美國國家航空航天局預測的兩倍多（觀測到143個，估計為63個），並且在隨後的幾個月裡，數量幾乎保持在同樣高的水平。總的來說，觀測到的太陽黑子數量連續27個月超過了預測數量。
雖然大量的太陽黑子是一個主要的警示訊號，但它們並不是太陽峰值可能即將到來的唯一證據。
太陽活動的另一個關鍵指標是太陽耀斑的數量和強度。根據 SpaceWeatherLive.com的資料，2022年C級和M級太陽耀斑的數量是2021年的五倍，而且最強大的X級太陽耀斑的數量也在逐年增加。2023年上半年記錄到的X級耀斑比2022年全年還多，並且至少有一個 直接擊中了地球。（太陽耀斑 等級包括A、B、C、M和X，每個等級都比前一個等級強大至少10倍。）
相關報道： 2022年令我們震驚的10次太陽風暴
太陽耀斑也可能帶來地磁暴——由太陽風或日冕物質拋射引起的地球磁層的重大擾動。例如，3月24日，一次“隱形”日冕物質拋射在毫無預警的情況下襲擊了地球，引發了 六年多來最強烈的地磁暴，這場風暴創造了巨大的極光或北極光，在美國30多個州都可以看到。今年地磁暴數量的總體增加也導致熱層——地球大氣層的第二高層——的溫度 達到20年來的峰值。
罕見的太陽現象在太陽峰值附近也變得越來越普遍——最近幾個月就發生了幾次。3月9日，一個高達60,000英里（96,560公里）的等離子體瀑布 升起然後又落回太陽；2月2日，一個巨大的極地渦旋或火環， 在太陽的北極周圍旋轉了8個多小時；3月份，一場“太陽龍捲風”肆虐了三天， 高度超過了14個地球疊起來的高度。
James告訴Live Science，所有這些證據表明，太陽峰值“將比預期更早達到頂峰，並且峰值會更高”。專家告訴Live Science，許多其他太陽物理學家也認同這一觀點。
太陽峰值的確切開始時間可能只有在它過去並且太陽活動減弱後才會變得明顯。然而，由科羅拉多州國家大氣研究中心太陽物理學家兼副主任 Scott McIntosh領導的一個研究小組 預測 太陽峰值可能會在今年晚些時候達到頂峰。
過去的週期表明太陽峰值可能會持續一到兩年左右，儘管科學家們不能確定。
對地球的潛在影響
因此，太陽峰值可能比我們預期的更強、更早地到來。這有什麼關係呢？
美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）空間天氣預測中心的研究員 Tzu-Wei Fang告訴Live Science，答案主要取決於太陽風暴是否會衝擊地球，她沒有參與太陽週期25預測小組的工作。為了擊中地球，太陽風暴必須在正確的時間指向正確的方向。她補充說，太陽活動的增加使這種情況更有可能發生，但並不能保證地球會遭受更多風暴的襲擊。
但Fang說，如果太陽風暴確實來襲，它會電離地球的高層大氣，並 導致無線電和衛星中斷。阻斷地球與衛星連線的大型風暴可能會暫時使地球一半區域的遠端無線電和GPS系統癱瘓。她補充說，就其本身而言，這只是一個小小的麻煩，但如果長時間的停電與地震或海嘯等重大災難同時發生，後果可能是災難性的。
Fang說，強烈的太陽風暴還會產生地面電流，這些電流會損壞金屬基礎設施，包括較舊的電網和鐵路線。
Fang說，飛機乘客在太陽風暴期間也可能受到更高水平輻射的衝擊，儘管尚不清楚劑量是否高到足以對健康產生任何影響。然而，對於國際空間站或即將到來的 阿耳忒彌斯登月任務 等航天器上的宇航員來說，這種輻射峰值將更為重要。因此，她補充說，“未來的任務應將太陽週期納入考慮範圍。”
相關報道： 強大的太陽風暴會摧毀網際網路嗎？
過去的研究還表明，地磁暴會 擾亂灰鯨以及其他依賴地球磁場線導航的動物（如海龜和一些鳥類）的遷徙，這可能會產生災難性的後果。
電離的高層大氣也會變得更稠密，這可能會給繞地球執行的衛星帶來額外的阻力。這種額外的阻力可能會將衛星相互推撞或迫使它們脫離軌道。例如，在2022年2月，SpaceX的40顆星鏈衛星在發射後的第二天，在一場地磁暴期間墜入地球時， 在地球大氣層中燒燬。
Fang說，與過去的太陽週期相比，衛星的數量呈指數級增長。她補充說，大多數衛星由商業公司運營，這些公司很少將空間天氣因素納入衛星設計或發射計劃中。
Fang說：“公司希望儘快發射衛星，以確保他們不會延誤火箭發射。有時，對他們來說，發射一組衛星並損失一半比根本不發射要好。”她補充說，所有這些都增加了在太陽峰值期間發生重大碰撞或衛星脫軌的風險。
Fang說，像 1859年的卡林頓事件 這樣百年一遇的超級風暴發生的機率在太陽峰值期間也會略有增加。她補充說，雖然可能性不大，但這樣的風暴可能會造成數萬億美元的損失，並對日常生活產生重大影響。
Fang說，人類在抵禦太陽風暴的直接襲擊方面幾乎無能為力，但我們可以透過改變衛星軌道、停飛飛機和識別脆弱的基礎設施來為它們做好準備。她補充說，因此，我們需要更準確的太陽天氣預報來幫助我們為最壞的情況做好準備。
為什麼預測是錯誤的？
Scott McIntosh告訴Live Science，如果這麼多線索都表明太陽峰值比預測的更強、更早，那麼為什麼科學家沒有預見到呢？部分問題在於預測小組提出預測的方式。
McIntosh說，美國國家航空航天局和國家海洋和大氣管理局的模型在過去30年中幾乎沒有變化，“但科學已經進步了”。他補充說，這些模型使用來自過去太陽週期的資料，如太陽黑子數量和週期長度，但沒有充分考慮到每個週期的個體進展。
相關報道： 太陽何時會爆炸？
McIntosh說：“這有點像玩大型的‘盲人摸象’遊戲，‘驢子’是即將到來的太陽峰值，而預測小組因為沒有使用所有可用的方法而矇住了自己的眼睛。”
McIntosh及其同事提出了一種預測即將到來的太陽峰值強度的替代方法：所謂的“太陽終結者”，它發生在每個太陽低谷期結束時，在太陽磁場已經翻轉之後。
在太陽低谷期，太陽磁場翻轉後遺留下來的區域性磁場包圍著太陽的赤道。這種區域性磁場阻止了太陽的主磁場變得更強和纏繞在一起，這意味著區域性磁場本質上就像一個手剎，阻止太陽活動增加。
但是突然，毫無預警地，這個區域性磁場消失了，釋放了剎車，使太陽活動能夠增強。這種劇烈的變化就是該團隊所謂的太陽週期終止事件，或終結者。（由於太陽終結者發生在太陽低谷期結束的確切時刻，因此它們發生在每個太陽週期正式開始之後。）
回顧幾個世紀的資料，該團隊確定了在太陽峰值開始之前發生的14個獨立的太陽終結者。研究人員注意到，這些終結者的發生時間與隨後的太陽峰值的強度相關。（早期的資料稀少，因此該團隊無法在每個週期中都識別出太陽終結者。）
例如，太陽週期24開始時的終結者發生的時間比預期的要晚，這導致太陽週期24期間的磁場增長較少，從而導致太陽峰值較弱。但是太陽週期25開始時的終結者， 發生在2021年12月13日，比預期的要早，研究人員認為這是一個跡象，表明太陽峰值將比前一個更強。自2021年終結者以來，太陽活動一直在以比預期更快的速度增強。
McIntosh說，太陽週期25的進展方式表明，太陽終結者可能是預測未來太陽週期的最佳方法。2022年7月，美國國家航空航天局 承認了McIntosh及其同事所做的工作，並指出太陽活動似乎比預期的更早開始增強。
McIntosh預測，儘管如此，美國國家航空航天局尚未根據McIntosh的資料更新其2025年的預測，並且可能不會將終結者納入未來的預測中。“我認為他們只會堅持他們的模型。”
版權所有 2023年 LiveScience，Future公司。保留所有權利。未經許可，不得出版、廣播、改寫或再分發本材料。