太阳活动峰值提前到来
本文转自：中国科学报
太阳活动峰值提前到来
20年来最高水平，将威胁卫星和电网
图片来源：NASA/GSFC/SDO
本报讯 2019年，当太阳接近其11年磁活动周期的最低点时，美国宇航局（NASA）、美国国家海洋和大气管理局（NOAA）和国际空间环境服务局（ISES）召集了十几位科学家一起预测下一个峰值。现在，经过几年的恢复，专家组的官方预测似乎并不准确——太阳活动已经达到20年未见的水平，其活动高峰可能在明年到来，比预计的时间提前了几个月。
在活动高峰期，太阳会更频繁地释放粒子风暴，撞击地球，威胁卫星，干扰无线电传输，并使电网过载。美国米勒斯维尔大学的太阳物理学家Tamitha Skov说，由于前一个太阳周期异常温和，“我们陷入了一种虚假的自满情绪”。
科学家通过计算太阳黑子追踪太阳周期。太阳黑子是由磁环激发的活动耀斑，其数量在一个太阳活动周期内不断攀升，然后随着磁活动的减弱降至接近零的水平。NASA-NOAA-ISES预测小组在2019年开会时，分析了大约60个不同的预测模型，每个模型都提供了太阳黑子峰值数量的估计值以及到达时间。
一类模型纯粹是基于统计的，通过几个世纪的太阳黑子观测结果进行预测。另一类则依赖于被认为与太阳周期相关的可观测“前兆”，例如太阳极小期时两极的磁场强度。随着周期的发展，这个“种子场”变得更加强大，因为它的磁力线通过太阳的旋转方式被缠绕成甜甜圈形状——在赤道比两极更快。第三类依赖于像气候模型一样工作的先进计算机模型，通过分析尽可能多的可观测数据，利用物理定律模拟太阳的内核与不断变化的磁场。
在对不同方法进行了一周的讨论后，该小组投票达成共识：每月的太阳黑子数量将在2025年7月左右达到约115个峰值。这将是一个相对较弱的周期，与前一个周期非常相似。然而实际上，太阳比预期苏醒得更快，也比预期更活跃。它在7月有159个太阳黑子、8月有115个。
该小组联合主席、美国西南研究所物理学家Lisa Upton认为，预测不准确的一个原因是观测的质量和时长，而这些观测为前体和内核模型提供了动力——最重要的是极地磁场的强度。这些数值主要来自威尔科克斯太阳天文台，该天文台可以看到太阳光谱上的极地磁场印记。但该天文台的望远镜分辨率相对较差，视野有限。NASA的“萤火虫”和Solaris等任务将使航天器更接近太阳，从而直接探测其极地磁场，但它们仍处于开发阶段。
其他研究人员怀疑还有更深层次的问题。极地磁场与随后的太阳活动之间的关系仅仅是从几十年的测量中得出的，而其他因素可能也在起作用。线索则来自太阳物理学家、美国国家大气研究中心副主任Scott McIntosh领导的观测。
20年来，他和同事在太阳的极紫外图像中追踪了数百万个“亮点”，他们认为这些亮点是在太阳表层下移动的磁场带。这些亮点似乎遵循着两个太阳周期的模式：它们通常在第一个太阳周期开始时出现在中纬度地区，然后随着太阳活动的高峰、下降和再次高峰向赤道迁移。在第二个周期结束时，这些亮点突然消失，研究人员称之为“终结事件”。就在这一事件之后，亮点再次出现在中纬度地区，并重新开始循环。
McIntosh认为，双周期模式意味着后续周期的潜在磁场带一定是相互作用的——有时会导致太阳活动增加。他认为，终结事件的时间可以用来预测这种干扰，以及下一个太阳活动峰值的水平和时间。在2021年12月观测到最近一次终结事件后，他和同事预测，这个周期的太阳黑子将在2024年初的某个时候达到184个左右的峰值。（李木子）
