大家可能還記得科幻電影《2012》，里面說2012年地球出現(xiàn)了一系列的災(zāi)難。這部電影的靈感就來自NASA的一份報(bào)告，里面警告2012年太陽的“活動(dòng)”“可能”非常強(qiáng)，“可能”給全世界的電子系統(tǒng)帶來巨大的災(zāi)難，不過到了當(dāng)年，以及這部電影當(dāng)中，就被作為一種確定結(jié)論去描述了。2012年就屬于第24個(gè)太陽周。

電影《2012》海報(bào)（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

什么是太陽的“活動(dòng)”呢？大家可能聽過很多太陽上發(fā)生的現(xiàn)象，比如太陽黑子、光斑、譜斑、耀斑、日珥、CME事件等等，這些太陽大氣中的劇烈現(xiàn)象被稱為它的活動(dòng)，被認(rèn)為是由太陽大氣中的電磁過程引起。

太陽黑子和耀斑是大家常在新聞上看到的。太陽黑子是太陽表面一些黑乎乎的區(qū)域，出現(xiàn)的高度被稱為太陽的光球?qū)?，這里發(fā)出的正是我們?nèi)庋劭吹降目梢姽?，而其中較暗的地方就是黑子。其實(shí)黑子非常大，常?？梢员仍蹅兊厍蜻€大。在我國史書上有著豐富的黑子目視記錄，僅正史上就有100多次。現(xiàn)在公認(rèn)的世界上第一次明確的黑子記錄是公元前28年我國漢朝人所觀測到的。在《漢書·五行志》里是這樣記載的：“成帝河平元年三月乙未，日出黃，有黑氣，大如錢，居日中央”。公元1610年，著名的意大利天文學(xué)家伽利略首次用望遠(yuǎn)鏡觀察太陽黑子，發(fā)現(xiàn)黑子是太陽表面非常普遍的現(xiàn)象。不過，這一觀測結(jié)果與當(dāng)時(shí)的宗教教義相抵觸。從1818年開始才有比較常規(guī)的每日黑子觀測，從而有比較可靠的黑子資料。

太陽“光球”上黑子的樣子（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

1859年9月1日的上午，英國天文愛好者卡林頓觀測太陽黑子時(shí)，日面北側(cè)一個(gè)大的復(fù)雜黑子群附近突然出現(xiàn)了兩道極其明亮的白光，其亮度迅速增加，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過光球背景，明亮的白光僅維持了幾分鐘就很快消失了。同在這一天，英國天文學(xué)家霍奇森也看到了這次太陽上的突發(fā)現(xiàn)象。這是耀斑的第一次記錄，同時(shí)也是白光耀斑的第一次記錄。具有光輝奪目的特征，也就無愧被稱為“耀”斑。

耀斑是強(qiáng)烈的太陽活動(dòng)現(xiàn)象（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

包括太陽黑子和耀斑在內(nèi)的許多現(xiàn)象描述了太陽大氣當(dāng)中發(fā)生的過程的強(qiáng)烈程度——它們有時(shí)候出現(xiàn)頻繁而且非常強(qiáng)，輻射強(qiáng)度很大，還釋放出許多物質(zhì)進(jìn)入太空，并且往往引起地球上極光、磁暴和電離層擾動(dòng)等現(xiàn)象，但有時(shí)候發(fā)生率又很低，顯示出“風(fēng)平浪靜”的時(shí)期。1843年，德國天文學(xué)家施瓦布年復(fù)一年的持續(xù)觀察與統(tǒng)計(jì)了17年太陽盤面上黑子變化的平均數(shù)量后，發(fā)現(xiàn)太陽黑子數(shù)量的多寡有大約11年的周期。粗略來看，曾觀測到的周期最短的約有9年，最長的約有14年，平均長度為11.1年。其余的太陽活動(dòng)也大略遵循這一規(guī)律，這也是為什么太陽黑子的數(shù)量老被當(dāng)成表征太陽活動(dòng)周期的基本標(biāo)志。

有一張非常有名的太陽“蝴蝶圖”，來自1904年英國天文學(xué)家愛德華·蒙德將太陽黑子活動(dòng)的緯度為縱坐標(biāo)、時(shí)間為橫坐標(biāo)，畫出的每天的太陽黑子的緯度分布隨時(shí)間變化的圖，如下圖中的上圖所示，當(dāng)周期開始時(shí)，黑子出現(xiàn)在中緯度的區(qū)域，隨著周期的推展，黑子出現(xiàn)的緯度逐漸相赤道接近，直到極小期才會(huì)出現(xiàn)在赤道上。圖形在南北半球大體對稱，對應(yīng)為黑子高發(fā)區(qū)隨時(shí)間向赤道集中，好像一只只蝴蝶。

太陽活動(dòng)“蝴蝶圖”（圖片來源：NASA）

太陽的活動(dòng)在一個(gè)周期中有強(qiáng)有弱，我們把太陽活動(dòng)強(qiáng)的年份叫太陽活動(dòng)高年，對應(yīng)太陽黑子數(shù)最多的時(shí)間，其他太陽活動(dòng)也又多又強(qiáng)；太陽活動(dòng)弱的叫太陽活動(dòng)低年，對應(yīng)太陽黑子數(shù)最少的時(shí)間，太陽活動(dòng)很少發(fā)生甚至不發(fā)生，顯得比較平靜。太陽活動(dòng)也像正弦曲線一樣，從太陽活動(dòng)的高年到高年、或者低年到低年，或者在兩個(gè)周期當(dāng)中自定義的相同相位，其之間的時(shí)間都是平均余額11.1年，也就是一個(gè)周期。下圖呈現(xiàn)了第24周期中處于極大期（左，拍攝于2014年4月）和極小期（右，拍攝于2019年12月）的太陽，可以看出兩者存在明顯差異。

太陽活動(dòng)高年（左2014年4月）和低年和（右2019年12月）（圖片來源：NASA）

既然每大概11年是一個(gè)周期，科學(xué)家就給它們編了號，叫成“太陽周期”，也就是太陽周，這是人為制定的。開篇我們說第24/25太陽周，不是因?yàn)樘栔唤?jīng)歷了二十多個(gè)太陽周期，而是我們?nèi)祟愑^察并記錄黑字?jǐn)?shù)的記錄是有限的?？茖W(xué)家將1755年到1766年的太陽活動(dòng)周期定為第1周期，到2019年太陽活動(dòng)逐漸結(jié)束了第24周期，如今進(jìn)入第25周期。第25太陽周的極大值年大約是2025年。既然每11年一個(gè)周期，2012年自然還屬于第24個(gè)太陽周。

根據(jù)后來的理論研究和分析，喬治·海爾等科學(xué)家提出太陽的磁場變化周期大約是22年，磁極要兩次扭轉(zhuǎn)之后才會(huì)回到相同磁極的狀態(tài)，其中南北半球在大約11年的時(shí)候會(huì)倒一次，表現(xiàn)出來的太陽活動(dòng)周期就是大約11年。22 年的周期被稱為海爾周期。

來源：中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心


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