關於支援科學新聞報道
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報道： 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。
太陽物理學家深入觀察太陽翻騰的等離子體，發現了一種預測太陽黑子出現的方法，可以在它們到達太陽表面之前進行預報。
太陽黑子是標記磁場活躍區域的暗斑，這些區域通常是太陽耀斑和被稱為日冕物質拋射的劇烈爆發的源頭。縮短太陽黑子探測的提前時間將有助於更好地預報空間天氣——來自太陽的輻射和帶電粒子爆發，可能會對地球及其周圍環境造成實際問題。惡劣的空間天氣可能會損壞電網，危及衛星和飛機，並對軌道上的宇航員構成輻射威脅。
一組斯坦福大學的研究人員發現，他們可以識別出在約60,000公里深度形成的太陽黑子的特徵，這比太陽黑子在表面爆發早整整一兩天。研究人員在8月19日出版的《科學》雜誌上報告了他們的發現。
斯坦福大學研究生斯塔西斯·伊洛尼迪斯說：“這是我們第一次在太陽黑子出現在太陽圓面之前就探測到它們。”他與物理學家趙軍偉和亞歷山大·科索維切夫共同撰寫了這項新研究。
伊洛尼迪斯和他的同事使用一種名為日震學時距分析法的方法，探測了太陽的內部運作機制。研究人員利用來自繞太陽執行的SOHO探測器的存檔資料，測量了聲波從太陽表面一點傳播到另一點（距離約10萬至20萬公里）所需的時間，沿著穿過太陽內部的折射或彎曲路徑傳播。在即將出現太陽黑子的四個位置，聲波以異常的速度返回太陽表面——比正常速度快十幾秒以上。“在這些距離上，[穿過太陽內部的]傳播時間約為一小時，”伊洛尼迪斯說。“如果這些路徑中的一條上有太陽黑子區域，傳播時間會稍微縮短。” 新出現的太陽黑子區域似乎提高了區域性聲速，從而加速了穿過太陽內部該部分的聲波的折射返回。
研究人員還繪製了穿過太陽九個平靜區域的聲波圖，這些區域沒有太陽黑子形成，並且在聲波的傳播時間上沒有發現明顯的異常。透過尋找以異常速度傳播的聲波，未來的太陽物理學家可能能夠預測太陽黑子將在哪裡出現，併為地球提供更長時間提前量的預報。
但伊洛尼迪斯承認，還需要更多的研究來測試這種新方法的預測能力。“我們未來需要做的是進行更多的統計，觀察更多的區域——包括有太陽黑子的區域和沒有太陽黑子的區域——並檢查統計資料，看我們是否有誤報或漏報，”他說。“我們需要找出我們這項技術的成功率是多少。”
來自深處的太陽黑子的強烈訊號突顯了人們對太陽內部結構的瞭解是多麼不足。新出現的太陽黑子加速聲波的速度遠遠超出預期；最近的一項分析曾預測，太陽黑子區域只會將聲波的到達時間提前大約一秒鐘。但伊洛尼迪斯和他的同事發現，穿過太陽黑子區域的聲波的異常現象為12到16秒。“這是一個很大的驚喜，因為它比我們從當前理論模型中預期的要高得多，”他說。
更重要的是，研究人員為他們的探測發現了一個“最佳點”，即太陽黑子訊號最強的深度。但為什麼新出現的太陽黑子應該在一個深度清晰地顯示出來，而在其他深度則不然，這是一個謎。“我們可以在60,000公里的深度探測到太陽黑子，但如果我們嘗試在更深或更靠近表面的地方探測它們，傳播時間的變化就會減弱，”伊洛尼迪斯說。“我們不明白為什麼只有在特定的深度，太陽黑子的探測才更容易。”
同在斯坦福大學的太陽物理學家菲利普·謝勒指出，關於太陽黑子如何出現的理論模型在描述表面太陽活動方面相對成功，但在深處卻遠沒有那麼符合實際。“因此，更深處發生了什麼，發電機是如何真正從自轉、對流和現有磁場的相互作用中產生的，這還沒有真正被理解，”他說。“對於所有這些事情，你可以調整一個模型並使其在一段時間內工作，但一些基本原理仍然缺失。”
無論是否有理論解釋，這項新發現可能很快就會為航空公司、衛星運營商和其他空間天氣觀察者提供即將到來的太陽活動的提前預警。“這可能會幫助我們更好地預測太陽將要發生的事情，”謝勒說。“到目前為止，我們一直等到看到磁場爆發才採取行動。”