美国宇航局的太阳的预测正在弄出错。该团队的模型仍在跟踪

By Tereza Pultarova 

2022/7/1

一位太阳物理学家的太阳活动模型正在跟踪。

Science & Astronomy

太阳一直比太空天气预报员预测的要活跃得多。( (Image credit: NASA/Solar Dynamics Observatory))

第25太阳周期于去年始发。预测人员认为这将是一个温和的，但原来是相当相反的。从它的发生，这个太阳周期一直稳步的超过预测，产生更多的太阳黑子，吐掉比世界主要专家预测的更多的太阳风、耀斑和喷发。

但尽管大多数太空气象科学家都正在挠他们的头说“我们关于我们的恒星仍然知之甚少”，但一位太阳物理学家已经变成太空天气预报领域的黑马。他的太阳行为的模型似乎已经让它正确的。

简单地一瞥太阳的辐射盘几乎不揭示关于这颗恒星的动态生命。就像普通的地球人一样，我们更容易被讨厌的阻碍它的光线的云影响。但自17世纪以来，配备望远镜的天文学家已经知道太阳表面每天都在变化，爆发出生长和缩小的黑点、变化形状并跨过太阳表面移动并随着时间消失，被新的黑点取代。自1749年以来，天文学家一直在仔细记录这些太阳黑子。到19世纪中叶，他们意识到了这些斑点的数量和大小遵循一个大约11年太阳周期的漩涡和流动。自有记录以来，这颗恒星已经完成了24个周期，目前周期25正在进行中。

但关于这种涡旋和流动还有更多的。就像太阳黑子的数量在一个周期内增长和消退一样，这些周期的生产力也因一个周期到另一个周期而异，遵循仍然几乎没有被探索的模式。

两个预测

周期2 4正式于2019年12月结束，但与随后发生的周期25重叠了相当一段时间，是有记录以来最弱的之一。当来自美国宇航局和美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的一组专家聚集在一起来估计太阳的周期25的活动时，他们预测了即将到来的周期会刚好弱的一样。

但大约在同一时间，另一个预测出来了。由太阳物理学家、美国国家大气研究中心副主任斯科特·麦金托什（Scott McIntosh）领导的一个团队提出，这一预测预测了恰恰相反的：第25周期可能是有记录的历史上更强的周期之一。

麦金托什告诉太空网站，“我们回顾了140多年来关于太阳磁活动及其与太阳黑子数量的关系的数据，有一种即将到来的太阳黑子周期将被是形成了多大或多小的模式。我们预测了同样的模式发生在太阳周期25之前。基于此我们做出了一个疯狂的科学猜测，即周期25可能高达周期24振幅的两倍” 。

该团队于2020年11月在《太阳物理学》（Solar Physics）杂志上发表了他们的预测。从那时起，当美国宇航局和美国国家海洋和大气管理局的专家被困惑时，麦金托什和他的同事们观看到了太阳确实刚好做了他们预期的。

例如，虽然美国宇航局和美国国家海洋和大气管理局预测了2021年12月一个更贫瘠的27个太阳黑子，而太阳产生了67个太阳黑子，是估计值的两倍多。2022年5月，美国宇航局和美国国家海洋和大气管理局预测了37个太阳黑子而有97个，产生的太阳耀斑和日冕物质抛射。强烈的太阳活动还对地球造成了地磁风暴，对轨道上的卫星造成了严重破坏，并引发了壮观的极光显示。

被预期在2025年4月太阳活动最大值的官方预测是当月有115个太阳黑子。但如果曲线遵循当前的趋势，这反映麦金托什和他的团队的预测，那么到今年年底太阳将很容易达到每月115个太阳黑子并在两年后达到超过210个月月太阳黑子的峰值。

麦金托什说，“太阳继续这样做真的很疯狂，月复一月，它继续沿着这个轨道。但我们拭目以待。太阳有时会做一些诡异的事情，明天这个循环可能会完全倒下”。

美国国家海洋和大气管理局太空天气预测中心的太空科学家方促伟（Tzu-Wei Fang）同意官方的太阳周期预测没有算出来，并承认科学家目前对驱动太阳行为的因素的理解相当有限。

方告诉太空网站，“我们不知道是什么正在推动这种强烈的太阳活动，太阳的行为基于不同的周期变化，从11天的短周期到80年的长周期。仍然有很多未知的，我们只是没有足够的数据点或知识来[准确预测]太阳活动”。

太阳黑子的数量在太阳的11年活动周期内变化。(Image credit: NASA/SDO)

黑尔循环

那么麦金托什和他的同事们的“疯狂的科学猜测”究竟基于什么？该团队研究了大约11年的太阳黑子产生周期与所谓的黑尔周期之间的关系，这是一个为期22年的磁活动周期，在此期间，极性相反的磁波从太阳的两极向赤道移动，在那里它们最终相遇并相互抵消。

美国天文学家乔治·埃勒里·黑尔（George Ellery Hale）在20世纪初发现的黑尔周期可能被所谓的太阳发电机驱动，在太阳核心中熔融物质的运动产生太阳磁场。黑尔周期包括两个太阳黑子周期，当每个太阳黑子周期结束时恒星的磁极交换。黑尔周期在22年后结束，此时磁场恢复到原始状态。

麦金托什和他的同事们认为，在黑尔循环过程中磁波的干扰推动太阳表面斑点的产生。

麦金托什说，“自大约十年前以来，我们一直在跟踪黑尔周期的演变，一旦你知道你在寻找什么，你能一直追溯回到1860年，并在摄影黎明时从观察中提取这些特征”。

科学家们建模了磁循环的进展，并将其与太阳黑子的历史观测进行了比较。他们发现了一个相应的模式：在每个新的11年周期开始时，太阳黑子出现在太阳中纬度，只是后来才开始越来越靠近赤道，这与这些磁波的运动相匹配。.

麦金托什说，“[磁波]到达赤道大约需要19年，但当它们相遇时然后字面上在几个月的时间里，太阳从在赤道有[太阳黑子]活动变成什么都没有，当它什么都没有时那时新的活动就会在中维度萌发生命，新的太阳黑子周期开始”。

 “终结者”

这种“中间相遇”是当对立的磁场彼此中和时。这一事件似乎终止之前的太阳周期并启动了新的太阳周期，导致科学家们将这一事件称为“终结者”。麦金托什说，究竟这个终结者事件怎样发生似乎对下一个太阳周期的强度特别重要。

麦金托什说，“我们大约九年前第一次发现了[终结者]，当我们查看140年的数据时，我们能够对在赤道的这些终结者事件做出粗略的测量，并测量磁系统的重叠。当你相对即将到来的周期强度画图时，你会得到一个非常强的线性关系”。

数据似乎暗示终结者之间的时间越长，下一个太阳周期就越弱。 

麦金托什说，太阳周期24和25之间的终结者有点被延迟，太阳周期24似乎不想消失。该事件最终发生在2021年12月，这使得麦金托什的团队能够最终确定他们的太阳周期预测。

麦金托什在二月份告诉太空天气档案，“它将以一个月平滑的190±20太阳黑子数量略高于历史平均水平”。

然而，方警告说，现在对当前的太阳周期做出结论还为时过早。

她说，“我们现在有很强的太阳活动的事实并不意味着我们肯定会看到一个远更高的太阳周期，在我们能做出那一结论之前科学家仍然需要一些工作”