太阳活动规律

太阳活动的规律

通过前面的介绍我们知道，太阳上有着各种激烈的活动，这些活动会对人类产生直接或者间接的影响。也许你想问，自太阳诞生以来茫茫数十亿年间，太阳上的各种活动是杂乱无章的还是存在着什么规律呢？答案是肯定的，据科学家研究，目前所知的太阳活动主要有27天和11年的周期规律，接下来就请跟我一起来了解这些规律吧。

什么是27天的周期规律？

人们发现，地球空间中的一些现象存在着准27天的周期规律，如高能电子暴、大气密度变化等，那么这种规律是否跟太阳相关呢？科学家研究发现，这种规律正是太阳活动对地球直接或者间接影响的体现。至于为什么是27天的周期规律，要明白这个问题，我们必须先知道另外一个现象，即太阳的自转。我们都知道地球存在着自转的现象，太阳是否也存在着自转呢？早在17世纪初，自从意大利科学家伽里略发明望远镜以来，许多科学家就发现，用望远镜连续几天观察太阳日面上的同一黑子群时，发现其每天存在着自东向西的移动，这表明太阳也在自转。不过与有着坚固固体外壳的地球不同的是，作为流体的太阳，其日面上不同纬度处的自转角速度并不相同，赤道处自转速度最快，靠近两极处最慢，自转速度随纬度的增加而变慢。

由于太阳在自转的同时，地球也在围绕太阳公转（与地球自转有关么？），因此从地球上看太阳，其自转周期会变长，我们把这个自转周期称为会合周期(表1)。从表中可以看出，太阳赤道附近的会合周期在27天左右，由于太阳赤道附近的活动对地球的影响最大，这意味着太阳活动将对地球造成27天周期性的影响，这就是太阳活动27天周期规律的由来。需要明白的是，太阳活动并没有27天周期性规律，只是由于太阳的自转对地球造成了27天周期性的影响，记住哦。

什么是11年的周期规律？（太阳磁场活动周期，影响空间环境的最重要周期）前面说到，太阳活动27天的周期规律源自于太阳自转，与此不同的是，接下来要讲的太阳活动11年的周期规律却源自于太阳活动水平本身的周期性变化。我们知道，太阳的黑子数的多少可以代表太阳活动水平的强弱。最初在18世纪中叶，一些科学家【德国天文学家施瓦贝（Samuel Heinrich Schwabe）经过对太阳黑子连续17年的观测后，于1843年声称太阳黑子数目以10年为周期增多或者减少；德国天文学家沃尔夫（Rudolf Wolf）于1848年提出黑子相对数概念，并重建太阳活动周至1700年】通过对太阳黑子数记录的搜集和整理，发现黑子数的年平均值明显的表现出存在着11年左右的周期（图1），相应的太阳活动强弱也表现出11年左右的周期变化，这就是太阳的11年活动周期。这个周期又叫太阳磁场活动周期，是影响空间环境

的最重要周期。我们把1755年至1766年称为第一个太阳活动周，目前刚刚进入了第24个

太阳活动周。实际上11年的周期只是一个平均值，短至9年，长至14年的周期已被观测到过。除太阳黑子数外，现在常用的另一个表示太阳活动强度的指数为F10.7射电流量，它也

明显的表现出存在着11年左右的周期（图2）。图3显示的是太阳极紫外波段辐射强弱在一个太阳活动周的变化，2001年是其峰年。

图1 太阳黑子数年均值变化

图2 F10.7射电流量年变化

图3 1996-2006太阳活动周的极紫外波段变化

11年周期的其它现象。

漂亮的蝴蝶图：

科学家研究发现，除了太阳黑子数目随太阳活动周有着周期性的变化外，日面上太阳黑子出现的平均纬度也随太阳活动周而变化。在活动周开始，太阳黑子一般处于较高的纬度，约30°，随着活动周的进展，逐渐向赤道转移，在活动周的末尾，平均纬度约为8°。当新的太阳活动周开始时，太阳黑子又出现在较高的纬度，周而复始。因此，如果以时间为横轴和黑子平均纬度为纵轴作图，我们可以得到一串类似蝴蝶翅膀的漂亮图案（图4），这被称

为太阳黑子蝴蝶图。

图4 太阳黑子蝴蝶图

The sunspot butterfly diagram. This modern version is constructed (and regularly updated) by the

solar group at NASA Marshall Space Flight Center.

太阳黑子的极性变化规律：

我们知道，黑子群出现时一般是由前后两部分组成，且两部分的磁场极性正好相反。

实际上科学家研究发现，太阳黑子群的磁场极性也随着太阳活动周而变化。即在同一太阳活

动周，若北半球的前导黑子群的磁场极性为南极，则南半球后随黑子群的也为南极，两者极

性相同，然而在下一太阳活动周，它们的极性却都会变为北极（图5Hale定律）。此外，科

学家通过对太阳极区磁场的观测，证实了太阳的极区磁场在每个太阳活动极大年附近也存在

着极性转换规律。

图5 双极黑子群极性转换定律，(a)为前一太阳活动周，(b)为下一活动周

太阳的11年周期性活动会对我们产生什么影响？

由于地球空间受太阳活动调制明显，其周期性的变化必然给地球带来相应的影响。一些科学家认为，地面降水量大小的周期性变化即源于太阳活动的周期性变化，人们还发现，近一个半世纪以来北半球的温度变化与太阳活动周期也存在较好的对应关系（图6）。尽管太阳活动对地球温度变化产生影响，但目前研究表明，如今地球变暖的主要温度变化仍然是由温室效应引起的，所以别怪罪太阳哦。

大气密度变化也随太阳活动发生周期变化，100km以上的高层大气在太阳活跃期密度会增加，从而加大人造卫星的运行阻力，缩短其寿命。在太阳活动高年，由于太阳风暴的频繁发生，会对人造卫星造成的显著的威胁。

此外，由于太阳活动对臭氧层、地球磁场、银河宇宙线、质子事件等影响显著，这些事件也明显的表现出相应的周期性。由于地球环境中碳14的含量主要来自于银河宇宙线的轰击，因此碳14含量的多少也会随太阳周期活动而变化。

图6 伦敦地区气温5年平滑值（上半图）与黑子相对数年均值（下半图），其中ssmax

为太阳黑子极大年