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太阳活动超低潮?


    引言
  1. 什么是太阳活动「超低潮」?
  2. 迟迟未见新一轮的「扭向振动」
  3. 疲弱的「奔往两极」现象
  4. 太阳黑子磁场强度的长期减弱趋势

    撰文:赵孔儒     2012年3月



    引言

    这是上期通讯一篇题为「太阳活动的最新预测」的续篇文章。纵使目前第24个太阳周期的活动正处于上升阶段,并预期它的极大期会在2013年出现,但已有科学家对本周期完结后的情景作出预告,本文会简单介绍可能发生的情况。


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  1. 什么是太阳活动「超低潮」?

  2. 太阳活动「超低潮」是指太阳活动在一段颇长的时间异常低沉。在2011年6月,美国天文学会的一些太阳物理学家 (Hill et al., Altrock, Livingston et al.)预测,在目前第24个太阳周期完结时,太阳可能会进入一个太阳活动「超低潮」。以下简述他们分别从「扭向振动」、「奔往两极」现象和太阳黑子磁场强度趋势所得出的研究结果。


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  3. 迟迟未见新一轮的「扭向振动」

  4. 纬向(西-东)的「急流」以高速围绕太阳转动。在太阳活动周期极小期,「急流」开始在中纬度形成,随着太阳活动周期进入极大期,「急流」往赤道和两极迁移(图 1)。这种纬向「急流」的迁移模式被称为「扭向振动」。太阳黑子倾向在从较高纬度移往赤道的急流分支附近出现,形成被称为「蝴蝶图」的太阳黑子迁徙形态(图 2)。

    「急流」预计在目前第24个太阳活动周期内在中纬度区域再次形成。然而,自2008年第23个太阳活动周期极小期后已过了约两年时间,还没有观察到新的「急流」在中纬度形成向两极迁移的现象。下一次太阳活动极小期理应在第24个太阳周期结束和第25个太阳周期开始之间发生,但由于这些「急流」还没有出现或延后,F. Hill认为第25个太阳活动周期可能会推迟到2021或2022年或甚至更后才开始,导致一段长时间的沉寂太阳活动,即是太阳活动「超低潮」。

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    图1:显示「急流」向太阳赤道和两极迁移的示意图。 

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    图2:在2012年3月出版的蝴蝶图(图像来源:NASA) 


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  5. 疲弱的「奔往两极」现象

  6. 太阳磁场两极每11年换转一次(见2010年6月「香港天文台教育资源电子通讯」第二十六期一篇文章的阐释)。在一个典型周期过程中,太阳活动周期开始时黑子通常大约在纬度70度形成,然后如蝴蝶图(图 2)所示逐渐移向赤道。与此同时,新周期的磁场会把前一周期的残余磁场活动推向两极,远至85度的区域。这就是所谓「奔往两极」现象。

    从太阳内部升起的磁力线很容易把铁离子集中起来。在日冕里,由高度电离的铁离子(Fe XIV)发出的光谱线,展示了区域性的亮度强弱分布,形成日冕特征,称为「发射特征」。这些特征与太阳内部的强磁场结构有关,反映了太阳内部的磁场变化。「发射特征」在纬度 55度附近开始出现,需要三或四年的时间才抵达两极。根据以往太阳活动周期「奔往两极」的观察,太阳活动的高峰期约在「发射特征」抵达并消失在两极之前 14个月出现,平均纬度是76度(图3)。

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    图3:显示「高度电离的铁离子(Fe XIV)发射特征」地区出现在日冕的简化示意图。


    透过分析和追踪这些日冕「发射特征」出现的区域所计算出来的参数远低于年平均值,显示第24个太阳活动周期的极大期将会是疲弱的,并会在2013年出现。 Altrock还发现目前第24个太阳活动周期的「奔往两极」现象有滞后和偏弱的情况。因此,第23个太阳活动周期的残余磁场活动,可能仍然存留于极地区域附近,引致随后的太阳活动存在不确定性。


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  7. 太阳黑子磁场强度的长期减弱趋势


  8. Livingston  et al .分析了太阳黑子暗影上最黑暗位置的磁场强度,发现平均磁场强度有长期减弱的趋势。依照现时趋势外推,到2021与2022年之间第25个太阳活动周期时,太阳黑子形成的可能性不大。


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   参考:

  1. American Astronomical Society (AAS) press release of 14 June 2011.
  2. Full abstract book for the 2011 Meeting on 12-16 June 2011 of the American Astronomical Society, Solar Physics Division.
  3. "Large-Scale Zonal Flows During the Solar Minimum -- Where Is Cycle 25?" by Frank Hill, R. Howe, R. Komm, J. Christensen-Dalsgaard, T.P. Larson, J. Schou & M. J. Thompson, presented at the Annual Meeting of the Solar Physics Division of the American Astronomical Society, New Mexico State University, Las Cruces, NM, June 13-16, 2011.
  4. "A Decade of Diminishing Sunspot Vigor", by W. C. Livingston, M. Penn & L. Svalgard, presented at the Annual Meeting of the Solar Physics Division of the American Astronomical Society, New Mexico State University, Las Cruces, NM, June 13-16, 2011.
  5. "Whither Goes Cycle 24? A View from the Fe XIV Corona", by R. C. Altrock, presented at the Annual Meeting of the Solar Physics Division of the American Astronomical Society, New Mexico State University, Las Cruces, NM, June 13-16, 2011.
  6. 太阳黑子活动与磁极反转的关系」,撰文:赵孔儒,香港天文台教育资源电子通讯,第二十六期 (2010年6月)。
  7. "New Method for Determining the Time and Amplitude of Solar Maximum", by Dick Altrock, Todd Brown, Joe Elrod, John Cornett, Tim Henry, NOAO (National Optical Astronomy Observatory) Newsletter - National Solar Observatory - March 1999 - Number 57.
  8. "The Sunspot Cycle (Updated 2012/3/2)", Marshall Space Flight Center, NASA.
  9. 太阳活动的最新预测」,撰文:赵孔儒,香港天文台教育资源电子通讯,第三十二期 (2011年12月)。 


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最近修订日期: <2013年1月2日>