太陽提前出現磁極反轉

子爵 | 2012-4-25 19:11:27

1樓

科學家們正對太陽磁場出現的異常進行嚴密監視，根據日出探測器的數據以及其它方面的數據顯示太陽似乎正提前出現磁極反轉的征兆，並且其南北兩個半球在磁極反轉的速率方面並不同步，這些事實讓研究人員感到困惑不解

圖像的左欄：在2008年的太陽北半球，日出號探測器觀測到大塊的負極性區域(橘色表示)；到了2011年，同樣的區域中這些橘色的負極性區域面積大大縮減，正極性(藍色)和負極性區域的分布也更加均勻

衆所周知，每隔大約11年，太陽的整個磁場就會發生一次磁極倒轉——北磁極變成南磁極，而南磁極變成北磁極。在磁極發生倒轉時，太陽就會出現活動的高峰期，稱之爲“太陽極大”。

盡管這一過程看上去似乎呈現出11年的規律性，但是在近期發表的兩篇論文中，科學家們卻強調了這一過程中的不對稱性。目前，太陽北磁極已經大大減弱，幾乎接近于零。這就說明太陽的磁極倒轉過程已經開始，但是反觀太陽南磁極，這里的磁場減弱過程卻似乎僅僅是剛剛開始。

喬納森·瑟坦(Jonathan Cirtain)是美國宇航局馬歇爾空間飛行中心的太空科學家，同時也是參與日本“日出 ”(Hinode)號太陽探測器項目的美方項目科學家。他說：“太陽磁北極已經開始進入倒轉期，遠遠領先于南極，我們不能理解其中緣由。”

這兩份論文中的一篇直接源自“日出”號探測器獲取的對于此次太陽磁極倒轉的觀測數據。而另一份論文則采用了一項新技術，對太陽極地大氣發出的微波輻射進行觀測，以此推斷其表面發生的磁場活動特征。

這兩篇描述太陽磁極轉變不均衡的論文對傳統上認爲太陽南北磁極同步發生磁極倒轉的觀點提出了挑戰。與此同時，這兩篇論文都認爲在太陽北極，磁極倒轉即將發生。這一時間點遠早于一般認爲太陽極大將在2 013年到來的預期。而“日出”號探測器獲取的其它一些數據同樣暗示我們可能需要對現有的太陽模型做出重新考量。

對太陽極地地區的磁場強度進行測量難度非常大，因爲地球圍繞太陽公轉的軌道大致位于太陽赤道面上，因此設在地球上的絕大部分太陽望遠鏡所觀測的太陽表面區域主要都集中在其低緯度地區，對于極地的觀測非常不利。當進行精確太陽磁場測量時也僅能獲得低精度的結果，而日出號探測器則可以克服這一困難。

而第二份論文中描述的新的微波輻射觀測方法則得益于2003年的一項新發現：太陽表面存在一種規模巨大的爆發現象，即日珥爆發。當時科學家們注意到，當太陽活動處于極小時，這種爆發一般都集中在太陽低緯度地區，但是隨著太陽逐漸接近極大期，這種日珥爆發現象逐漸開始向極地高緯度地區轉移。與此同時太陽極區在微波波段的亮度也逐漸下降到非常低的值。

納特·戈帕斯瓦米(Nat Gopalswamy)是美國宇航局戈達德空間飛行中心的太陽科學家，他也是那篇有關采用微波輻射方法觀測太陽的論文第一作者，這篇論文已經于2012年4月11日被《天體物理學雜志》接受。他說：“當我們開始在緯度超過60度的位置上觀測到日珥爆發，那麽我們就該知道太陽極大期就要到了。”

爲了對逐漸接近高緯度極區的日珥爆發現象進行追蹤觀察，戈帕斯瓦米和他的團隊調用了日本野邊山太陽射電天文望遠鏡，以及歐空局/美國宇航局合作的“太陽和太陽風層探測器”(SOHO)。他們在微波波段對太陽進行了觀察，通常這一波段會被用于觀察太陽大氣下方的日面層，即所謂的色球層。

戈帕斯瓦米開發出一種精確的技術，可以借由這種微波波段觀測數據構建出太陽接近極區位置磁場活動強度的圖景。通過對整個日面色球層在微波波段亮度的觀察，科學家們確認太陽北磁極強度已經減弱到接近上次太陽極大期間出現的低水平，這意味著又一次太陽活動極大期的到來。這一結論同樣得到了對日珥爆發觀察結果的支持，觀測顯示，日珥爆發已經開始在北半球極高緯地區出現。然而與之形成鮮明對比的是，在太陽南半球，這種日珥爆發發生的數量才剛剛開始出現上升迹象——就在今年的3月份，這里才剛剛發生首次日冕物質抛射事件(CME)。

日本空間局所屬“日出”太陽觀測衛星的數據同樣顯示太陽南北兩半球之間存在的這種差異性。一個日本科研小組報告了“日出”探測衛星的結果。日本理化學研究所的科學家組成的一個團隊已于近期向《天體物理學雜志》遞交一份論文供發表。這一日本科學家小組借助“日出”探測器，從2008年9月份開始每隔一個月對太陽極區磁場進行觀測研究。

早期的磁場觀測顯示這里存在集中的強大磁場，極性幾乎均爲負。而近期獲取的磁場觀測圖上，情況則大有不同。不僅僅是磁場的規模更小強度減弱，同時可以觀測到出現了很多極性爲正的磁場部分。當初指向北極的強烈負極性磁場，現在已經變成了微弱的混合極性磁場，並將逐漸轉變爲中性(太陽極大時)，該小組預計這一時機將在未來一個月內到來。

瑟坦說：“這是我們首次獲得這種磁場倒轉的直接觀測數據。這對于我們理解太陽磁場究竟爲何能導致出現太陽活動周期現象至關重要。”

泰德·塔貝爾(Ted Tarbell)來自美國洛克希德·馬丁公司，他是“日出”號探測器太陽光學望遠鏡設備的首席科學家。他指出，此次直接測量數據顯示了太陽磁極倒轉的進展，並揭示出2008年開始出現的初期端倪。

有關太陽磁極倒轉的經典模型認爲太陽表面的活動區會沿著太陽赤道運動，並且這些活動區的極性幾乎總是和它們所在的太陽半球極區極性相反。隨著這種轉動，這些活動區的邊緣逐漸向高緯度極區移動，最終取代極區原有的極性，讓正極性變成負極性，反之亦然。如此周而複始，出現太陽磁極倒轉的周期性變化。而“日出”探測器的數據顯示北磁極在這種轉換過程到來之前便已經開始出現變化。塔貝爾說：“這是依據日出探測器數據産生的論文中最讓我感興趣的地方之一。爲何太陽的磁極轉變會如此早的到來？”

塔貝爾認爲這些都說明目前的太陽模型需要重新審視。當我們有了更新更好的數據之后，我們當然要對現有的模型進行相應的修正。大衛·哈撒韋(David Hathaway)是美國宇航局馬歇爾空間飛行中心的太陽科學家，同時也是那篇有關太陽微波波段磁場觀測論文的合著者。他指出，認爲太陽的活動周期中存在不對稱性並非一個新的觀點。

其它研究人員最近所做的研究工作更加偏向于對于這種不對稱特性表現的觀測，舉例來說，他們發現在太陽北半球觀測到比南半球數量更多的太陽黑子。哈撒韋說：“然而大多數主流的太陽模型卻無法包含這種不對稱性。盡管更加複雜，將這種不對稱性包括進去的模型也存在，但是這些模型在其它方面同樣存在某些和觀測事實相悖的地方。”

對這些差異進行持續的研究，使用最好的觀測手段和最新的觀測技術，這些努力都將幫助我們加深對太陽，太陽的11年活動周期以及其表面發生的大規模爆發現象的理解。科學家們也將繼續對這一輪的太陽活動周期，即第24活動周期進行嚴密監測，因爲太陽北磁極出現早于預期的磁極倒轉迹象或許是預示著這一輪太陽活動周期是一次較爲微弱極大期，因爲監測顯示日面上的黑子數量和其它太陽活動現象的數量相對較少。

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