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幾年前,太陽進入了平靜期,其活動逐漸減弱,就像一個吵鬧的孩子安靜下來準備小睡一樣。這種平靜並不令人意外;它是太陽大約11年活動週期的正常組成部分,在此期間,被稱為太陽黑子的磁化區域的數量會經歷盛衰。但是太陽並沒有像預期的那樣從沉睡中醒來。平靜持續了下去,變成了大約100年來最深的太陽活動極小期,之後太陽黑子終於在2008年底左右開始增加。
太陽黑子週期絕非僅僅是科學上的好奇。在太陽活動週期的最大值,即活動高峰期,來自太陽的爆發可能會對地球造成問題,損壞衛星和電網。太陽週期還控制著到達地球的能量,這會影響氣候。更好地瞭解太陽週期的驅動因素,以及更好地預測太陽週期的工具,將對衛星運營商、氣候科學家和電力公司等大有裨益。
人們已經提出了許多想法來解釋最近太陽活動極小期的延長,現在3月3日出版的《自然》雜誌上的一項研究增加了一種新的解釋。在對太陽內部等離子體的迴圈進行建模後,該研究的作者得出結論,等離子體流速的變化可能是原因。(《大眾科學》是自然出版集團的一部分。)但是,一位研究這些流動的著名太陽科學家表示,該模型與觀測資料不符。
太陽的子午流是一種環流的等離子體(熱的、電離的氣體)流,從赤道流向兩極,然後在更深處流回赤道,在一個太陽週期內以及週期之間會加速和減速。透過計算機模型模擬太陽的子午流,這項新研究的作者確定了一種特定的流動變化模式,這種模式會引起深度的太陽黑子沉寂:在太陽週期開始時流動速度快,然後在週期結束時流動速度減慢。
印度科學教育與研究所(位於加爾各答)的太陽物理學家迪本杜·南迪說:“子午流的變化會影響太陽內部磁場的形成方式。”他與哈佛-史密森天體物理中心的安德烈斯·穆尼奧斯-哈拉米洛以及蒙大拿州立大學(位於波茲曼)的彼得勒斯·馬滕斯共同撰寫了一篇關於該研究結果的論文。子午流會攜帶磁通量,根據這項新研究,週期前半段的快速子午流會阻礙大規模磁場的發展。南迪說,由於發展時間較少,磁場“在下一個週期開始之前就耗盡了能量”。
反過來,子午流後期的減速會延遲下一個週期的開始,導致太陽黑子週期之間存在較長的間隔,這意味著完全沒有太陽黑子的天數會很多。這正是最近的太陽活動極小期期間觀察到的情況,該極小期分隔了第23和第24太陽週期。(儘管伽利略·伽利萊和他的同代人從17世紀初開始監測太陽黑子,但太陽黑子週期的編號僅可追溯到18世紀中葉。)
研究人員發現,在2008年極小期期間在太陽兩極測量的微弱磁場可以用相同的等離子體流漂移來解釋。南迪解釋說:“當你在週期早期有快速流動時,它會將正極性和負極性的太陽黑子掃到極地地區。”“它們相互抵消,下一個輸入的通量就更少了。”
因此,研究人員的模型一舉解釋了最近太陽活動極小期期間觀察到的兩種太陽現象:大量無太陽黑子的日子和微弱的極地磁場。只有一個問題,而且是一個大問題,美國宇航局馬歇爾太空飛行中心(位於阿拉巴馬州亨茨維爾)的太陽物理學家大衛·哈撒韋說。“我同意所有三位作者的觀點,即子午流的變化是理解太陽黑子週期變化的關鍵,”哈撒韋說。“問題是,他們想要的子午流變化與我們觀察到的情況相反。”
哈撒韋和孟菲斯大學的麗莎·萊特邁爾一年前在《科學》雜誌上發表了一篇論文,表明當太陽黑子週期走向其延長的極小期時,子午流的變化正在加速而不是減速。“我們這裡肯定存在爭議,”哈撒韋說,“而且隨著時間的推移,爭議只會變得更加有趣。”南迪指出,這些資料涉及太陽表面的淺層特徵,而絕大多數等離子體都位於更深處,那裡的流動行為可能有所不同。
哈撒韋說,他的《科學》研究和後續跟進所依據的測量是最準確的,應該對南迪及其同事開發的模型產生影響。“他們試圖透過說這無關緊要,它只涉及表面層來邊緣化這些觀測結果,”他說。“我們測量的是磁性元素的運動,這正是他們在模型中使用的通量傳輸。”
美國宇航局的太陽動力學觀測臺於2010年發射升空,應該能夠更深入地觀察太陽翻騰的等離子體,以幫助解決這個問題。南迪承認:“這是一個仍在爭論的點。”“我會說,這需要透過更多的觀察來解決。”