太阳上的“终结者”引发等离子体海啸,并将开始新的太阳周期!

在发表在《科学报告》和《太阳物理学》两项新研究中,科学家们描绘了一幅太阳周期如何突然死亡的图景,这可能导致等离子体的海啸穿过太阳内部,并在短短几周后引发下一个太阳黑子周期的诞生。这些新发现让我们对太阳黑子周期的神秘时间(11年)有了更深入了解。太阳黑子周期特征是太阳表面太阳黑子活动的增减。虽然科学家们早就知道这些周期会持续大约11年,但要准确预测一个周期何时结束、下一个周期何时开始一直是个挑战。

太阳等离子体

新的研究可能会改变这一状况,在其中一项研究中,科学家们能够确定清楚标志着太阳黑子周期结束的“终结者”事件。这项研究依赖于近140年来从地面和太空观测到的太阳活动。了解了这些终止器的运行情况后,科学家预测当前的太阳周期(太阳周期24)将在2020年上半年结束,不久之后新的太阳周期25就会开始。在第一项研究的推动下,科学家们进行了第二项研究,利用一个复杂的计算机模型,探索了终结者事件如何触发一个新太阳黑子周期开始的机制。

模拟结果表明“太阳海啸”可以提供这种联系,并解释太阳从一个周期到下一个周期的惊人快速转变。这两项研究都是由美国国家大气研究中心(NCAR)领导。国家大气研究中心的科学家斯科特·麦金托什(Scott McIntosh)说:在过去一个多世纪观测记录中一直隐藏着终结者存在的证据,但直到现在,还不知道自己在寻找什么,通过将这么多年来的各种观测结果结合起来,现在我们能够把这些事件拼凑起来,从而对太阳内部如何驱动太阳周期提供一个全新的视角。

闪烁的光揭示了奥秘

太阳黑子周期是在太阳活动极小期(太阳表面平静的时期)之后产生。随着太阳活动周期的继续,越来越多的太阳黑子出现了,它们首先出现在南北半球约35度的纬度上,并在10多年后缓慢地向赤道移动,然后再次消失,进入下一个太阳活动极小期。这一过程大致中点是太阳活动的最大值,此时太阳黑子最为丰富。预测太阳黑子演化的时间是一个主要科学目标,部分原因是太阳黑子的活动与太阳风暴有关,太阳风暴会破坏地球的上层大气,影响GPS信号、电网和其他关键技术,但事实证明,这样的预测颇具挑战性。

例如,太阳目前处于太阳活动极小期,科学家们知道相对的平静意味着当前太阳活动周期即将结束,但很难说新的周期将在几个月后还是几年后开始。研究可以提供更清晰的信息,包括周期时间以及周期本身的驱动因素。研究人员首先研究日冕亮点的运动——太阳大气中极紫外光的短暂闪烁。通过观察亮点,科学家们认为已经对太阳周期有了更全面的了解,而不是仅仅关注太阳黑子的活动。亮点首先出现在比太阳黑子高纬度的地方(大约55度)。

并以每年大约3度的纬度向赤道移动,几十年后到达赤道。这些亮点所追踪的路径与中纬度地区(约35度)太阳黑子活动重叠,直到它们都到达赤道并消失。这次消失被研究人员称为“终结者事件”,紧随其后的是中纬度地区爆发的大量亮点活动,标志着下一个太阳黑子周期的开始。在发表在《太阳物理学》上一项确定“终结者”事件的新研究中,科学家们用来自不同航天器和地面观测设施的一系列其他观测结果。

证实了亮点观测结果,这些观测数据可以追溯到13个太阳周期。这篇论文的作者之一,同时也是美国宇航局戈达德太空飞行中心的研究员,马里兰大学的科学家Bob Leamon说:我们能够通过观察一系列不同太阳活动测量数据(磁场、光谱辐照度、射电通量)以及亮点来识别这些终止器,研究结果表明,真的需要退后一步,利用所有可用的数据来欣赏事物是如何运行的,而不是仅仅一个航天器、一个观测或一个模型。

海啸的连接

研究团队发现,日冕亮点能让他们更好地“看到”太阳周期的展开。但是为什么太阳黑子周期会在“终结者”之后的几周开始在中纬度地区激增呢》这篇关于太阳海啸的研究论文,由NCAR科学家茂苏米·迪克帕蒂(Mausumi Dikpati)领导,发表在《科学报告》(Scientific Reports)上,探讨了观测背后可能的机制。表明,日冕亮点是太阳“环形磁场”运动的标志,这种磁场像橡皮筋一样环绕着太阳,沿东西方向伸展,在过去20年里缓慢地向赤道移动。

当这些环形磁场波浪形地到达表面时,会产生太阳黑子以及它们已经产生的亮点。当它们移动时,也扮演着磁坝的角色,将等离子体困在身后。当来自太阳南北半球的环形磁场接触到中间时,它们相互抵消的电荷导致它们相互湮灭,在海啸中释放出它们背后被压抑的等离子体液体。这种液体向前冲,碰撞,然后向后波纹,以大约每秒300米的速度向两极移动。当太阳海啸到达太阳的中纬度时,会遇到下一个周期的环形磁场,这些磁场已经向赤道移动(这一过程由日冕亮点的路径标志),但在太阳内部移动得更深。

海啸将这些磁场浮起,将它们抬升到表面,并产生大量的亮点(以及伴随而来的太阳黑子活动)这标志着新的太阳黑子周期开始。研究观察太阳黑子的周期已经有几百年了,但是究竟是什么机制能够在如此短的时间内,把一个信号从周期结束的赤道,传输到太阳的中纬度,也就是下一个周期开始的地方,一直是个谜。作为一个整体,这项研究提供了一种新方式来思考太阳内部的运作方式,挑战了一些关于太阳活动过程的传统思维。不管这项研究是否在正确的轨道上,也不管它能否提高我们的预测能力,很快就会得到第一个测试。

研究人员表示,有许多仪器非常适合观测当前太阳周期不可避免的结束和下一个太阳周期的开始。其中包括去年8月发射的帕克太阳探测器、STEREO-A宇宙飞船、太阳动力学观测站、井上丹尼尔太阳望远镜等。明年,应该有一个独特的机会,广泛观察终结者事件的展开,然后观看太阳黑子第25个周期的开始。研究人认员表示相信其研究结果,尤其是如果“终结者”真的如预测的那样出现,可能会彻底改变我们对太阳内部以及产生太阳黑子和形成太阳黑子周期过程的理解。

本文出自:天文研究大学协会参考期刊《科学报告》《太阳物理学》

原标题:太阳上的“终结者”引发等离子体海啸,并将开始新的太阳周期!

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