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第五次冰河期到了?太阳活动不断下降!

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发表于 2016-7-15 14:30:26 | 显示全部楼层 |阅读模式

太阳黑子是太阳活动水平的标识,但是在2016年6月底,太阳上连续十几天没有黑子,难道很快要进入太阳活动低年?太阳马上要进入休眠状态了?地球要进入新一轮“冰河期”了?

作者:李志涛(中科院国家空间中心空间环境研究预报室)


  “冰河期”真的要来了吗?

  最近,随着第24活动周太阳活动水平的不断下降,太阳上的黑子真是越来越少 了,以前还可以掰着指头数,现在恐怕只能握着拳头数了。甚至在6月下旬开始的十几天里,太阳上便没有了黑子,明亮的太阳上干干净净的。


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7月5日没有黑子的太阳(SDO卫星观测)
 

  眼瞅着这么冷冷清清的太阳,仿佛要进入休眠状态了。这不禁让我们想起了去年流传甚广的一篇报道——《太阳2030年将休眠 地球即将步入冰河时期》。文章回忆起了1645-1715年期间的“小冰河期”,当时的情况简直太凄凉了。据记载彼时太阳活动衰减到极低状态,太阳黑子几乎没有记录。而这段时间,全球普遍出现气温下降趋势。英国大部分河流都结冰了,人们纷纷在泰晤士河上溜冰。全世界范围内农作物产量降低,许多地方都出现了大量饿死人的现象。


  对着这么衰弱的太阳再细看一眼,是不是背后有点冒冷汗,莫非历史要重现,地球提前进入寒冷的“冰河期”了?

  虽然太阳黑子变弱和地球变冷表面看有着70年的重合,但没有证据表明“小冰期”是由太阳黑子无记录造成的。而实际上,与太阳活动周强弱有关的全球气温变化幅度其实是很小的,根据经验,最近几次太阳活动周影响全球平均气温的变化大约只有0.1度左右。因此,千万别随便就断言太阳周期变化能直接影响地球气温的骤变。


  不过,太阳上持续无黑子,还是需要引起我们的重视,这究竟是不是意味着太阳上的黑子很快变得极其稀少了?太阳活动低年马上要到来了呢?



  太阳黑子会迅速变少吗?

  答案是否定的。

  众所周知,当太阳活动水平较高时,日面上的黑子就会非常多;反之,当太阳活动水平较低时,日面上的黑子就会比较少。尤其是当太阳活动水平非常低时,日面上就没有黑子,这种情况称之为“无黑子日”。在太阳活动谷年这种现象将会频繁出现。


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1849年以来每年无黑子日和年均黑子数


  在上图中,我们给出了自1849年有记录以来至今所有年份的无黑子日的天数,并附以年均黑子进行一番比较。可见,自第10活动周(1855-1867)以来,在所有大活动周(即太阳活动整体水平较高),无黑子日持续出现的年份基本上都是处于该活动周接近末尾的下降段;而在小活动周(即太阳活动整体水平相对低),无黑子日持续出现的年份大部分处于该活动周的下降段。


  值得注意的是,在太阳活动水平最小的第12活动周(1878-1890)和第14活动周(1902-1913)里,太阳高年偶尔出现了无黑子日。第24活动周也是一个小活动周,太阳活跃程度与上述两个活动周水平相当,巧合的是在2014年也出现了1天无黑子日。


  因此,回顾历史,我们可知,本活动周(编者注:指现阶段的第24活动周)与第12和14活动周类似,在未来的几年里,无黑子日将会越来越多,太阳上的黑子将会慢慢地逐渐变少,一直到本活动周结束。

  众所周知,太阳黑子是太阳活动的标识,随着无黑子日越来越多,该活动周慢慢地到达它的谷年。那么,本活动周的太阳活动究竟到了哪个阶段呢?



  第24活动周:什么时候到头?

  首先,我们简单给出第1-24活动周每周太阳黑子数的出现情况,看一看第24活动周的进展。下图中,每个空心柱子是整个活动周的数量;每个斜线实心柱子则是每个活动周前91个月的数量(截至2016年6月,第24活动周过去了91个月)。从图可见,第1-23活动周前91个月的黑子数占活动周总黑子数的比例为85%。若以此类推,那么第24活动周在未来的几年里还剩大约85%的黑子还没有出现。



  第1-24活动周的黑子数第1-24活动周的黑子数

  此外,根据对过去太阳活动周的统计,平均一个活动周大约有11年的长度。但是,每个活动周的长度不同,有的活动周持续时间很长,有的活动周持续时间较短。

  由上图可见,第4活动周长达164个月,而第2活动周则仅有107个月。并且,和下图的比较可知,太阳活动周的长度与太阳活动水平高低不是相对应的,太阳活动水平较低并不意味着活动周也较短。

  因此,单纯从历史统计上不能断定第24活动周的长度究竟有多长。即使最保守的估计,以第2活动周作为参考,本活动周仍将持续一年多的时间;而最乐观的估计,以第4活动活动周作为参考,那么本活动周还将持续6年之久。



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第1-23活动周的长度
  


  当然,我们不能简单地根据历史统计,给出过于模糊的结论,必须采用一定的预报方法进一步分析本活动周的长度。在第23活动周的预报中,我们采用相似周方法得到比较理想的预报结果。鉴于本活动周与第12和14活动周活动水平相当、走势相似,在第24活动周预报中,我们以这两个活动周作为相似周,下图给出了预报结果。预计,本活动周将在2019-2020年结束,大致持续11-12年。


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第24活动周太阳黑子数的预报


  我们可以高枕无忧了?

  既然本活动周还剩下3-4年的时间,并且是持续的下降年份,是不是没啥严重的空间环境事件值得我们注意了?

  现实当然没那么简单,不要天真地幻想风平浪静的日子,那样只会分分钟被火热的太阳打红脸。因为,即使在太阳活动下降年,还是有着许多的“暗礁”等待着地球这艘大船。


  首先,不能排除有强空间环境事件发生的可能性。例如,在2003年10月底至11月初,发生了著名的“万圣节太阳风暴事件”,爆发了X28级太阳耀斑,是史上有记录以来最强大的耀斑。当时,约半数卫星出现故障,全球范围内的通讯受到干扰,全球定位系统精度降低。而2003年正值第23活动周的下降年,已进入该活动周的第8个年头。掐指一算,今年是2016年,我们恰好处在第24活动周第8个年头。



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万圣节事件期间的X28级耀斑


  其次,地磁活动与太阳黑子数的发展特性有明显的差异,它总是要慢上半拍。一般来说,地磁指数的极值会出现在太阳黑子数极值后一年左右,且呈现出明显的双峰结构。这主要是因为在太阳活动下降年,冕洞会频繁地登上太阳活跃的舞台,它喷出的高速等离子流会冲击地球的磁场,造成地磁的扰动。下图是我们对地磁Ap指数的预测结果,可见在未来的几个下降年里,地磁活动仍然会比较活跃。



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黑糊糊的冕洞



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第24活动周Ap指数平滑月均值预测

  此外,根据对第22和23太阳活动周的分析,高能电子暴主要发生在太阳活动周下降段,且随着活动周逐步进入谷年,该事件持续不断爆发,并没有因为太阳活动水平的下降而减弱。


  高能电子暴,俗称“卫星杀手”,会造成卫星的深层充电效应,损坏卫星材料,破坏电子器件,严重时甚至导致卫星报废。近十多年来,多颗卫星由于深层充电效应引发卫星故障和失效,造成了巨大的影响。例如,1998年5月19日的高能电子暴造成美国GALAXY-4通讯卫星由于内部充电而失效,造成美国80%的寻呼业务的损失,无数的通讯中断,并使金融交易陷入混乱。

  参照过去两个活动周,截至目前,本活动周预计还有不到一半的高能电子暴没有发生。


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第22-24活动周高能电子暴发生次数分布图

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深层充电效应


  因此,很明显,在未来的3-4年里,我们当然不可对空间环境掉以轻心,尚需关注太阳黑子的演化情况,持续关注地磁暴的发生性,密切关注高能电子暴的频繁爆发。


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