在發(fā)表在《科學(xué)報告》和《太陽物理學(xué)》兩項新研究中，科學(xué)家們描繪了一幅太陽周期如何突然死亡的圖景，這可能導(dǎo)致等離子體的海嘯穿過太陽內(nèi)部，并在短短幾周后引發(fā)下一個太陽黑子周期的誕生。這些新發(fā)現(xiàn)讓我們對太陽黑子周期的神秘時間（11年）有了更深入了解。太陽黑子周期特征是太陽表面太陽黑子活動的增減。雖然科學(xué)家們早就知道這些周期會持續(xù)大約11年，但要準(zhǔn)確預(yù)測一個周期何時結(jié)束、下一個周期何時開始一直是個挑戰(zhàn)。
新的研究可能會改變這一狀況，在其中一項研究中，科學(xué)家們能夠確定清楚標(biāo)志著太陽黑子周期結(jié)束的“終結(jié)者”事件。這項研究依賴于近140年來從地面和太空觀測到的太陽活動。了解了這些終止器的運行情況后，科學(xué)家預(yù)測當(dāng)前的太陽周期(太陽周期24)將在2020年上半年結(jié)束，不久之后新的太陽周期25就會開始。在第一項研究的推動下，科學(xué)家們進行了第二項研究，利用一個復(fù)雜的計算機模型，探索了終結(jié)者事件如何觸發(fā)一個新太陽黑子周期開始的機制。
模擬結(jié)果表明“太陽海嘯”可以提供這種聯(lián)系，并解釋太陽從一個周期到下一個周期的驚人快速轉(zhuǎn)變。這兩項研究都是由美國國家大氣研究中心(NCAR)領(lǐng)導(dǎo)。國家大氣研究中心的科學(xué)家斯科特·麥金托什(Scott McIntosh)說：在過去一個多世紀(jì)觀測記錄中一直隱藏著終結(jié)者存在的證據(jù)，但直到現(xiàn)在，還不知道自己在尋找什么，通過將這么多年來的各種觀測結(jié)果結(jié)合起來，現(xiàn)在我們能夠把這些事件拼湊起來，從而對太陽內(nèi)部如何驅(qū)動太陽周期提供一個全新的視角。
閃爍的光揭示了奧秘
太陽黑子周期是在太陽活動極小期(太陽表面平靜的時期)之后產(chǎn)生。隨著太陽活動周期的繼續(xù)，越來越多的太陽黑子出現(xiàn)了，它們首先出現(xiàn)在南北半球約35度的緯度上，并在10多年后緩慢地向赤道移動，然后再次消失，進入下一個太陽活動極小期。這一過程大致中點是太陽活動的最大值，此時太陽黑子最為豐富。預(yù)測太陽黑子演化的時間是一個主要科學(xué)目標(biāo)，部分原因是太陽黑子的活動與太陽風(fēng)暴有關(guān)，太陽風(fēng)暴會破壞地球的上層大氣，影響GPS信號、電網(wǎng)和其他關(guān)鍵技術(shù)，但事實證明，這樣的預(yù)測頗具挑戰(zhàn)性。
例如，太陽目前處于太陽活動極小期，科學(xué)家們知道相對的平靜意味著當(dāng)前太陽活動周期即將結(jié)束，但很難說新的周期將在幾個月后還是幾年后開始。研究可以提供更清晰的信息，包括周期時間以及周期本身的驅(qū)動因素。研究人員首先研究日冕亮點的運動——太陽大氣中極紫外光的短暫閃爍。通過觀察亮點，科學(xué)家們認(rèn)為已經(jīng)對太陽周期有了更全面的了解，而不是僅僅關(guān)注太陽黑子的活動。亮點首先出現(xiàn)在比太陽黑子高緯度的地方(大約55度)。
并以每年大約3度的緯度向赤道移動，幾十年后到達赤道。這些亮點所追蹤的路徑與中緯度地區(qū)(約35度)太陽黑子活動重疊，直到它們都到達赤道并消失。這次消失被研究人員稱為“終結(jié)者事件”，緊隨其后的是中緯度地區(qū)爆發(fā)的大量亮點活動，標(biāo)志著下一個太陽黑子周期的開始。在發(fā)表在《太陽物理學(xué)》上一項確定“終結(jié)者”事件的新研究中，科學(xué)家們用來自不同航天器和地面觀測設(shè)施的一系列其他觀測結(jié)果。
證實了亮點觀測結(jié)果，這些觀測數(shù)據(jù)可以追溯到13個太陽周期。這篇論文的作者之一，同時也是美國宇航局戈達德太空飛行中心的研究員，馬里蘭大學(xué)的科學(xué)家Bob Leamon說：我們能夠通過觀察一系列不同太陽活動測量數(shù)據(jù)(磁場、光譜輻照度、射電通量)以及亮點來識別這些終止器，研究結(jié)果表明，真的需要退后一步，利用所有可用的數(shù)據(jù)來欣賞事物是如何運行的，而不是僅僅一個航天器、一個觀測或一個模型。
海嘯的連接
研究團隊發(fā)現(xiàn)，日冕亮點能讓他們更好地“看到”太陽周期的展開。但是為什么太陽黑子周期會在“終結(jié)者”之后的幾周開始在中緯度地區(qū)激增呢》這篇關(guān)于太陽海嘯的研究論文，由NCAR科學(xué)家茂蘇米·迪克帕蒂(Mausumi Dikpati)領(lǐng)導(dǎo)，發(fā)表在《科學(xué)報告》(Scientific Reports)上，探討了觀測背后可能的機制。表明，日冕亮點是太陽“環(huán)形磁場”運動的標(biāo)志，這種磁場像橡皮筋一樣環(huán)繞著太陽，沿東西方向伸展，在過去20年里緩慢地向赤道移動。
當(dāng)這些環(huán)形磁場波浪形地到達表面時，會產(chǎn)生太陽黑子以及它們已經(jīng)產(chǎn)生的亮點。當(dāng)它們移動時，也扮演著磁壩的角色，將等離子體困在身后。當(dāng)來自太陽南北半球的環(huán)形磁場接觸到中間時，它們相互抵消的電荷導(dǎo)致它們相互湮滅，在海嘯中釋放出它們背后被壓抑的等離子體液體。這種液體向前沖，碰撞，然后向后波紋，以大約每秒300米的速度向兩極移動。當(dāng)太陽海嘯到達太陽的中緯度時，會遇到下一個周期的環(huán)形磁場，這些磁場已經(jīng)向赤道移動(這一過程由日冕亮點的路徑標(biāo)志)，但在太陽內(nèi)部移動得更深。
海嘯將這些磁場浮起，將它們抬升到表面，并產(chǎn)生大量的亮點（以及伴隨而來的太陽黑子活動）這標(biāo)志著新的太陽黑子周期開始。研究觀察太陽黑子的周期已經(jīng)有幾百年了，但是究竟是什么機制能夠在如此短的時間內(nèi)，把一個信號從周期結(jié)束的赤道，傳輸?shù)教柕闹芯暥龋簿褪窍乱粋€周期開始的地方，一直是個謎。作為一個整體，這項研究提供了一種新方式來思考太陽內(nèi)部的運作方式，挑戰(zhàn)了一些關(guān)于太陽活動過程的傳統(tǒng)思維。不管這項研究是否在正確的軌道上，也不管它能否提高我們的預(yù)測能力，很快就會得到第一個測試。
研究人員表示，有許多儀器非常適合觀測當(dāng)前太陽周期不可避免的結(jié)束和下一個太陽周期的開始。其中包括去年8月發(fā)射的帕克太陽探測器、STEREO-A宇宙飛船、太陽動力學(xué)觀測站、井上丹尼爾太陽望遠鏡等。明年，應(yīng)該有一個獨特的機會，廣泛觀察終結(jié)者事件的展開，然后觀看太陽黑子第25個周期的開始。研究人認(rèn)員表示相信其研究結(jié)果，尤其是如果“終結(jié)者”真的如預(yù)測的那樣出現(xiàn)，可能會徹底改變我們對太陽內(nèi)部以及產(chǎn)生太陽黑子和形成太陽黑子周期過程的理解。
本文出自：天文研究大學(xué)協(xié)會參考期刊《科學(xué)報告》《太陽物理學(xué)》
原標(biāo)題：太陽上的“終結(jié)者”引發(fā)等離子體海嘯，并將開始新的太陽周期！