[轉貼]太阳黑子周期：揭密翩翩起舞的“蝴蝶图”

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http://www.pmo.jsinfo.net/wenben/2005/heizizhouqi.htm

150多年以前，科学家证实，太阳黑子的活动是周期性的，它的平均周期约为11年；大约90年以前，科学家在这一研究领域又有了新的突破，他们绘制出太阳黑子周期性变化示意图后，发现赫然呈现在纸上的竟是一只只翩翩起舞的“蝴蝶”；而现在科学家又有了新的任务，他们正试图揭开这幅太阳黑子“蝴蝶图”的秘密……
据美国“每日科学”网站2月4日报道，有关研究者表示，揭开“蝴蝶图”的秘密可以让科学工作者更好地预测太阳风暴(solar storms)何时来临。太阳风暴爆发时，将会影响通讯、威胁卫星、破坏臭氧层，这与人们的生活息息相关，所以这项研究具有十分重要的意义。
　

太阳黑子和太阳黑子周期
想揭开问题的谜底，我们必须要对下面一些基本概念有所了解。首先我们要知道什么是太阳黑子（sunspots）和太阳黑子周期（sunspot cycle）。
太阳黑子是人们最早发现也是人们最熟悉的一种太阳表面活动。明亮的太阳光球表面经常出现一些小黑点，这就是太阳黑子。美国国家大气研究中心高地天文台的太阳天文学家埃米·诺顿解释说，太阳黑子之所以产生是因为太阳内部磁场发生变化的结果。
太阳黑子的数量并不是固定的，它会随着时间的变化而上下波动，每11年会达到一个最高点，这11年的时间就被称之为一个太阳黑子周期。太阳黑子周期是1843年由一名德国天文学家发现的。
诺顿表示，不仅是太阳黑子的数量会在这11年中发生变化，同时它们所处的位置也会随之改变。每当一个太阳黑子周期开始的时候，最先出现的黑子总是在离赤道较远处（平均纬度为35度），然后由高纬度向低纬度方向移动，最终黑子出现的位置渐渐靠近太阳赤道。
翩翩起舞的“蝴蝶图”
1904年，英国天文学家爱德华·蒙德发现了一幅奇异的景象，记录太阳黑子周期变化的图表竟然呈现出一幅展翅欲飞的蝴蝶图案。
蒙德以纬度为纵坐标，以时间（年份）为横坐标，绘出太阳黑子的分布图后，发现渐渐靠近赤道的太阳黑子就像蝴蝶的两只翅膀。如果把几个太阳黑子周期的图案绘制在一起，就组成了一连串翩翩起舞的“蝴蝶”。

神秘的太阳发电机效应
目前，科学家们正致力于研究这个神奇的太阳黑子“蝴蝶图”。太阳天文学家诺顿说，要想揭开谜底，首先要从所谓的太阳发电机效应（Solar Dynamo）说起。她说：“太阳发电机效应是太阳物理学中最为神秘的事物之一，它指的是在太阳内部和太阳表面的机械运动转化成磁能的过程。”
因为太阳黑子活动区域被认为是强磁场区，同时太阳黑子会在11年的周期内发生增多和减少的现象，所以科学家认为太阳磁场也会在这一时期内增强或减弱。诺顿说：“太阳黑子周期的循环性是证明太阳内部磁场在这个周期里发生变化有力的证据。”
诺顿和她的同事建立了太阳表面和内部的不同种类的热气流电脑模型，他们认为这有助于更好地了解太阳发电机效应，同时也有助于解释太阳黑子移动产生“蝴蝶图”的原因。
最佳理论
诺顿的同事吉尔曼说，对于太阳黑子活动图为什么会呈现蝴蝶图案这个问题，目前还没有一个统一的科学结论。其中，最主要的理论是以吉尔曼同事迪科派蒂的电脑模拟为基础的。
迪科派蒂的电脑模拟将太阳黑子的移动和被称为经向流的等离子流联系了起来。经向流在太阳赤道和两极之间流动，它的全部过程被称之为太阳活动周期。
经向流就像拥有两个传送带的系统。这两条“传送带”一个位于北半球，一个位于南半球，每个“传送带”都沿着太阳表面，从赤道运动到北极或是南极。到达极地时，每条“传送带”会转个弯，进入太阳内部。经向流经过太阳内部的最外层即环流区返回到赤道。当“传送带”到达太阳赤道时，它又会转头沿着来的路径，重新回到太阳表面，开始新一轮的循环。
一个太阳活动周期的时间为22年，或者说是两个太阳黑子周期。这个理论认为，“传送带”的两半都拥有相似的太阳黑子图案，这就是为什么太阳黑子活动遵循着11年的周期——等于太阳活动周期的一半。
根据迪科派蒂的的理论，太阳黑子在太阳表面流动会留下痕迹，这种痕迹还被带到太阳内部，科学家们相信，太阳黑子的磁场在这里形成，而新的太阳黑子则是在最近周期内的痕迹上形成的。
通过了解经向流速度的变化以及过去的太阳黑子周期，迪科派蒂和同事相信他们也许能够预测太阳黑子活动的时间和强度，从而也能对太阳风暴有所了解。他说：“事实上，在最近的工作中，我们预测因为经向流在目前周期内的速度放慢，所以下一个周期，即周期24的开始将会被推迟。”（王高山）
　

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[ 這篇文章最後由yfsum在 2005/06/30 02:49pm 第 1 次編輯 ]

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http://www.oursci.org/magazine/200405/news/103102.htm

太阳黑子的历史
太阳活动正处于几千年来的剧烈期

October 31, 2004 　　 OurSci News Staff 　　◇

黑子喷出百万度高温的气体

　　〖北京〗德国科学家重建了过去1.1万年的太阳黑子活动史，发现最近70年是过去8000年来最长也最剧烈的黑子活动期，而2003年11月是1000年来太阳活动最剧烈的时期。
　　这项研究由德国马普学会的太阳物理学家Sami Solanki和同事们完成。他们的数据表明，8000年前太阳经历了与现在同样活跃的时期，这表明现在的活动高峰是正常现象，可能不久就会平静下来，在今后几十年里回复到正常水平。
　　黑子是太阳表面上暂时出现的暗斑。与其它区域相比，黑子的温度和亮度都较低——当然，它们实际上还是很热。黑子是太阳表面磁场“萎缩”时产生的。炽热的离子气体在太阳内部旋转奔流、产生磁场，就像巨大的发电机。
　　Solanki说：“但我们并不真正了解太阳发电机如何运作。”他们的新研究成果将帮助了解太阳发电机在过去几千年里是怎么变化的。

黑子比太阳其它部分冷一点、暗一点

　　科学家对黑子的观察记录可追溯到十七世纪早期。记录表明，太阳活动有着约为11年和88年的周期，不过人们并不清楚为什么会有这样的周期。
　　Solanki小组重建太阳黑子活动史的方法颇为复杂。太阳黑子有着异常动荡的磁场，会使太阳喷出比平常更多的带电粒子。一部分带电粒子到达地球，可能干扰无线通信、损坏卫星。它们还会使更多原本会进入地球大气的宇宙射线发生偏转，这样，宇宙射线在大气上层触发的核反应就减少了，由此生成的碳同位素碳14也减少了。
　　树木吸收二氧化碳时，间接地记载了太阳表面活动的历史。测量树木年轮里的碳14含量，就可以知道该年轮形成的时候太阳黑子活动的强弱。如果黑子很多，年轮里的碳14就会偏少。
　　尽管绕了这么多弯，Solanki小组建立的模型仍与观测结果吻合得十分好。它准确地预测了十七世纪几乎没有太阳黑子、而现在有大量黑子出现。
　　1650至1700年之间，天文学家们基本没有看到太阳黑子，这段时间称为蒙德极小期。这时的地球正处于一个非常寒冷的时期，称为小冰期。一些科学家猜测，这可能显示太阳活动对地球气候有重要影响。
　　Solanki小组的新研究成果，可以帮助寻找太阳黑子与地球气候的关系。但他强调，在完全理解因果关系各环节之前，我们不能确信太阳黑子如何影响地球气候。他说，化石燃料和火山喷发产生的温室气体，对地球气温的影响可能比黑子更大。
　　References:
　　1. Sunspot record reveals Sun’;s past,Nature Science Update |Story|

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