你变了,太阳黑子数!究竟发生了什么事?
文/苗娟(中国科学院国家空间科学中心 空间环境研究预报室)
目前,第24太阳活动周已持续了8年有余,但人们对它仍有捉摸不定之感,它是近90年以来最低活动周,峰值81.9,突然有一天变为116.4了!啊?难道低太阳活动周变成中等太阳活动周啦?NO!NO!NO!让新太阳黑子数来告诉你。
现在公认的世界上第一次明确的黑子是在公元前28年由我国汉朝人所观测到的。《汉书·五行志》里这样记载:“成帝河平元年三月乙未,日出黄,有黑气,大如钱,居日中央”。
在西方,太阳黑子长期被忽视。亚里士多德认为太阳是完美无缺的,太阳上是不会有黑点的,这个观点一直持续到十七世纪。直到望远镜的出现,他使人类对太阳的认识从图腾崇拜逐渐走向科学。公元1610年,意大利天文学家伽利略首次用望远镜看到了太阳黑子,发现黑子是太阳表面非常普遍的现象。
不过,这一观测结果与当时的宗教教义相抵触。从1818年开始才有了比较常规的太阳黑子观测,从而有了比较可靠的黑子资料。1610-1818年间的黑子记录资料是不连贯、不均匀的,存在各种系统误差,尤其是1750年以前的观测记录存在很多的不确定因素。
太阳黑子数为何如此受重视?
现在,稍微对太阳黑子有点了解的人都可以随口说出“黑子数有11周期变化”。对的,长期的观测资料显示太阳黑子数从少到多,再从多到少,……周而复始,这个周期大概是11年。仅因为它有这种变化就重视?非也。重要的是太阳上黑子的“一举一动”与我们地球空间有着剪不断,理还乱的联系。
是黑子本身对地球有影响吗?否。影响地球的是和黑子群相关的一系列太阳爆发活动。
首先是耀斑,耀斑爆发时增强的电磁辐射以光速到达地球空间,时间仅需约8分钟,它会引起电离层突然骚扰,从而影响短波通信;其次是高能带电粒子,到达地区空间稍慢,约十几分钟,会对卫星和在太空执行任务的宇航员造成各种辐射伤害,还会影响极区的无线电通信和导航系统;最后是快速等离子体云(俗称CME),约需要1~4天到达地球,会引起地球磁场变化,产生大家熟知的地磁暴,随后引发地球空间高能电子暴、热等离子体注入、电离层暴等等多种空间扰动事件,从而对卫星运行、导航通信和地面系统产生一系列影响。
而太阳爆发活动的多少与黑子数密切相关,正因为如此,太阳黑子数峰值期被称为太阳活动高年,这个时期太阳爆发频繁,强度增大,对地球空间的影响增加,也备受人们的关注。因此,作为表征太阳活跃程度的黑子数,自然成了研究者眼里的香饽饽,挖掘它的规律,寻找它的变化,预测它的未来,目的只有一个,保障人类技术系统的安全。
新、旧太阳黑子数差别有多大?
新的太阳黑子数来得突然吗?2015年7月1日,当世界数据中心公布这一消息,不了解的人觉得太突然了。旧的黑子数用了100多年,每年几乎有100篇以此为研究对象的文章发表,为什么要修改呢?
首先,国际太阳黑子数自发布之后,从来没有回溯评估过;其次,1998年有了与其相似的太阳黑子群数据后,发现两者有很大的差异,暗示着要么其中一类、要么两类数据存在很大的不均匀性。
于是,全面修订的工作启动了。从2011年开始,由40个专家组成的团队开始确认数据、解决数据的缺陷,这项浩大的工程也得到了很多天文台的支持和帮助。历经了4年多,1000多个日日夜夜,最终为世界提供了一个更加科学、更加合理的太阳黑子数。对这些辛勤付出的科学家们,我们只有满满的敬意和感谢。
主要修改了哪些地方呢?首先,1947年之后的黑子数平均减少了18%;其次,新黑子数计算中不再使用传统的苏黎世因子。
相比旧的太阳黑子数,新的太阳黑子数值变大了不少,特别是峰值。纵观其他活动周,峰值出现的时间几乎没变或微调。但对于第23周,可差太多了。第23周是一个双峰结构,旧的黑子数显示第一个峰值出现在2000年4月,120.8,第二个峰值出现在2001年11月,115.5。而新的黑子数却使他们调换了大小个,第一个峰值175.2,第二个峰值180.3。那么,以后,我们讲第23周的峰值时间就不是2000年4月,而是2001年11月了。
那么,第24太阳活动周变化有多大呢?乍一看,峰值由原来的81.9升为116.4,那么,它是否还能保住第16周之后的最低值的“雅称”呢?别担心,保住了,不但保住了,排位更低了,原来比它低的第16周一跃跑到它前面去了,它已成了第15周以来的最低值。
“太阳”还是那个太阳,“黑子”也还是那个黑子,但“数”已不是那个数了。科学家4年多的汗水,展示出了一个更加科学、客观、合理的太阳黑子数,原太阳黑子数完美谢幕。然而,这只是开始,接下来,太阳活动的研究者将重新利用这些数据开始他们新的研究征程!■
TIPS:对太阳黑子认识的常见误区(Q&A)
Q:太阳上有大黑子群出现时,平时很善于识别方向的信鸽会迷路?
A:鸽子会迷路,主要是因为地球磁场发生了变化,使信鸽的定位出现了偏差。太阳上有大黑子群时,引发地磁扰动的概率会增加,但并不是有黑子群,就会有地磁扰动。
Q:太阳上有大黑子群出现时,无线电通信会受到严重阻碍,可能会突然中断?
A:黑子群稳定时不会影响无线电通信,只有其发生耀斑时,增强的电磁辐射会引起电离层突然骚扰,才会影响到无线电通信。
Q:太阳黑子活动高峰期间,会使人体免疫力下降?
A:首先可以肯定一点,太阳黑子峰值期,太阳爆发活动会比较频繁。但由于地球拥有磁层和稠密大气层的双重保护,地球上的环境要远远优于太空环境,太阳爆发产生的各种有害射线和高能辐射都被阻挡在地球的大气层以外。太阳爆发应该不会对人类健康形成直接严重的影响。近年来,也有一些统计研究指出,太阳爆发与一些传染病、心血管疾病的发病率存在一定的相关性。但太阳爆发是否能影响人类健康,影响机理是什么,都尚无科学结论。
Q:太阳黑子数和地震有关联?
A:通过历史上太阳黑子数与地震之间的统计分析,发现太阳活动与地震之间并没显著的相关性。