一個太陽物理學家有關太陽活動的模型正在有序進行

美國國家航空航天局與太陽有關的預測被證明是錯誤的，這個團隊的模型仍然在按照計劃進行。

太陽比太空天氣預報員預測的要活躍得多。(圖片來源:NASA/太陽動力學觀測站)

太陽的第25週期在2021年開始，預測員認爲它可能是一個溫和的太陽週期，但是事實正好相反。從一開始，太陽週期已經逐漸超出了世界首要專家的預測，產生了更多的太陽黑子且噴涌出了更多太陽風暴、耀斑和爆發。

但是即使大多數空間氣象學家冥思苦想還是隻能說：“我們仍然對我們的星球瞭解的很少。”一個太陽物理家成爲了空間氣象預測領域的黑馬，他的關於太陽行爲的模型似乎找到了正確答案。

對太陽輻射磁盤的粗略一看了展示出了一點關於這個星球的動力學壽命。作爲地球上的普通人，我們會感覺受到很多影響，當討厭的雲層阻擋住太陽光線時。但是自從17世紀裝配了望遠鏡的天文學家就已經知道太陽的表面在日復一日地改變，爆發的太陽黑子增長、減少、變形，在太陽表面移動然後消失，隨着時間的流逝被新的取代。自從1749年天文學家就開始仔細地記錄這些太陽黑子，到了19時間中期，他們意識到這些黑子的數量和尺寸起伏伴隨着一個大約11年的太陽週期。自從開始記錄以來，太陽已經完成了24個週期，現在正進行着第25個週期。

但是在起伏中還有更多事情，就像太陽黑子生長和消失的數量在一個單獨的週期中，一個週期到下一個週期的週期變化的生產率這個模式仍然探索較少。

兩個預測

據公佈，結束於2019年11月的第24週期是記錄中最弱的那一個，但它與隨後的第25週期重疊了相當大一部分。當一組來自美國國家航空航天局和美國國家海洋和大氣管理局的專家一起估算太陽的第25活動週期時，他們預測接下來的一個週期將同樣衰弱。

但是與此同時另一個預測出現了，來自一個太陽物理學家同時也是美國國家大氣研究中心的副主任斯科特·麥金託什帶領的團隊推斷結果來看，預測結果全然相反：第25週期可能是歷史記錄中更強的一個。

“我們回顧了140多年的有關太陽磁場活動的資料和它與太陽黑子數量之間的關聯”，麥金託什說，“有一個模式可以決定將要發生太陽黑子周期的大小。我們在25週期之前預測到了相同的模式，我們基於此產生了一個大膽的猜想：第25週期可能是第24週期的兩倍。”

這個團隊在2020年11月將他們的預測發佈在了雜誌《太陽物理學》中。從那以後，即使美國國家海洋和大氣局和美國國家航空和宇宙航行局的專家感到疑惑，但是麥金託什和他的同事觀測的太陽活動完全符合他們的預期。

例如，雖然美國國家海洋和大氣局和美國國家航空和宇宙航行局預測到只有27的太陽黑子在2021年11月，但太陽產生了67——大於估算值的兩倍。在2022年5月，有97的太陽黑子，且產生太陽耀斑和日冕物質拋射，而不是美國國家海洋和大氣局和美國國家航空和宇宙航行局預測的37。強烈的太陽活動也導致了地球上的磁暴，給在軌衛星造成了巨大損害，也引起了絢麗的極光。

官方預測的太陽最大值的峰值在2025年4月，有115的太陽黑子。但是如果這個圖表曲線按照當前麥金託什和他的團隊所預測的趨勢，太陽將會在這一年底輕易的達到每個月115的太陽黑子，而峰值會在兩年後，超過210每個月的太陽黑子。

“太陽現在持續活動十分強烈”，麥金託什說，“月復一月，它仍繼續按照這個軌跡。但我們將會預測到，太陽有時會做一些奇怪的事情，而明天這個循環可能就會完全消失。”

美國海洋和大氣局的太空氣象預測中心的太空科學家方慈瑋，他認同官方對太陽週期的預測是不準確的，且承認科學家們現在對這個因素的理解使太陽的行爲相當受限。

“我們不知道什麼促使了強烈的太陽活動”，方慈瑋說，“太陽行爲的改變基於不同的週期，從11天的短週期到80年的長週期。仍然有許多未知，我們只是沒有足夠的數據點或知識去（準確地預測）太陽活動。”

太陽黑子的數量在太陽11年的活動週期內變化。(圖片來源:NASA/SDO)

海爾週期

所以麥金託什和他的同事的“瘋狂的科學猜想”究竟是基於什麼呢？團隊研究發現大約11年的太陽黑子周期的產生與所謂的海爾週期——一個22年磁場週期之間的關係,海爾週期在相反的磁波兩極從太陽兩極像赤道移動期間出現，他們最終會在那裡相遇然後相互抵消。

海爾週期在20世紀早期被美國天文學家喬治·埃勒裡·海爾發現，可能是被所謂的太陽發動機驅動的，太陽核中熔融物的運動產生了太陽磁場。海爾週期包含兩個太陽黑子周期，在每個太陽黑子周期結束時，恆星的磁極交換。海爾週期在22年之後結束，磁場回到原始狀態。

麥金託什和他的同事認爲在海爾週期期間磁波的干擾導致了太陽表面斑點的產生。

“從大約10年前，我們就在追蹤海爾週期的演化”，麥金託什說，“一旦你知道你要尋找什麼，你就能回到1860年，在攝影剛開始的時候，提取這些來自正確的觀察中的特徵。”

科學家模仿磁週期的發展，並將它和歷史上觀察的太陽黑子做比較。他們發現了一個相一致的模式：在每個新的11年循環開始時，太陽黑子在太陽的中緯度出現，直到後來才越來越接近赤道，與那些電磁波的運動相匹配。

“電磁波大約用了19年纔到達赤道，但是當他們相遇時，在幾個月內就結束了這個進程，太陽從有太陽黑子在赤道活動到什麼都沒有”，麥金託什說，“當什麼都沒有了，新的活動在中緯度開始產生，新的太陽黑子周期開始。”

“終結者”

“在中間相遇”是相反的磁場之間相互抵消。這個事件似乎終結了以前是太陽週期而且啓動了新的週期，使科學家給他取了“終結者”的綽號。“這個終結者究竟是怎樣出現的似乎對下一個太陽週期的強度特別重要”，麥金託什說。

“我們第一次發現它在大約9年前”，麥金託什說，“我們瀏覽了140年的數據，我們能計算這些終結者事件在赤道的粗略尺寸，測量磁系的重疊部分。當你將他與即將到來的週期強調相比，你會得到一個非常強烈的線性關係。”

數據似乎表明在終結者的時間越多，下一個太陽週期越弱。

“在24和25太陽週期之間的終結者有一點推遲”，麥金託什說，“24太陽週期似乎不想離開。”這個事件最終發生在2021年11月，使麥金託什的團隊能夠最終敲定他們的太陽週期預測。

“他將剛好高於歷史平均值，按照每月190±20的穩定的太陽黑子數量。”麥金託什在二月告訴太空天氣檔案中心。

然而，方慈瑋告誡說目前對現在的太陽週期下結論還爲時尚早。“事實上，我們現在有一個強烈的太陽活動，但並不意味着我們已經看到了一個更高的太陽週期”，他說，“在我們得出結論之前仍然有一些工作需要科學家們做。”

BY:Tereza Pultarova

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