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正在消失的太阳磁极
Release Time: 2024-01-06 09:58:12     Views:

    真的,假的?制造恐慌吗?
    千真万确。没啥可恐慌的,正常现象。
    太阳,一个炽热的“大气球”,本身具有很强的磁场(比地球上的磁场强度高上一万倍),也正是这种强磁场抑制着太阳内部能量通过对流的方式向外传递。和地球一样,太阳也有两个磁极,一正,一负。


图1 太阳极区磁场示意图(图片来源:NSF/AURA/NSO)

    最近NASA的SDO观测数据显示,太阳两极地区的磁场正在迅速减弱,南北磁极正处于消失的边缘,也许、大概、可能会在今年年底太阳全球磁场完全反转。如果这种情况发生在地球上,就会引起广泛的恐慌,因为过去地球磁场的反转与突然的气候变化甚至尼安德特人的灭绝等灾难有关。
    但在太阳上,这,很正常。太阳的磁极会改变极性,或者说磁性反转,但与地球两极大约每30 万年反转一次不同,太阳两极大约每 11 年反转一次!自有太阳磁场测量以来,每个太阳周期中,在太阳极大期附近都观察到消失的磁极和磁反转。太阳磁极反转是一个重要的指示,预示着第 25 太阳活动周即将迎来活动峰年,即太阳活动极大期。


图2 太阳南、北极区磁场演化和太阳活动周黑子数年变化

    什么导致极区磁场的这种变化?——太阳黑子。太阳极区磁场的消失到反转是由太阳黑子所驱动的。太阳黑子具有复杂的磁性结构,是产生耀斑和其他太阳事件的活跃区域。当太阳黑子以极性相反的方式从太阳内部出现时,等离子体流会重新排列它们的磁场,拉伸、减弱和加强它们极性的偏差。这些减弱的太阳黑子场被等离子流携带到两极。新的磁场往往与原有磁场极性相反,当相反的极性接触时,它们会相互抵消。这个battle过程在太阳活动周的高年达到极致,此时足够多的相反极性场到达两极,破坏原极地场。虽然极区磁场反转的速度在时间上有所不同,但通常需要1~2年才能完成,但也有特例,第24太阳周的北极磁场用了近5年的时间才完成反转!


图3 不同时期太阳南极磁场变化俯视图(蓝色代表负极性,红色代表正极性):(a)2004年1月至2月,(b)2013年1月至2月和(c)2017年1月(图片来源:Pevtsov, AA等,2021,“太阳光球磁场的长期研究”)

    在地球上,极区磁场反转的影响很少被感受到,但太阳研究者在密切关注。因为日冕物质抛射中的磁场方向可能会受到大尺度磁场的影响。当太阳北极具有负(南)极性磁场,南极具有正(北)极性磁场,将建立与地球磁场相反的磁拓扑,因此,有学者认为在极区磁场反转和重建之后,日冕物质抛射对地球的影响会稍大一些,导致随后发生的地磁暴将比第24周下降期和第25周的上升阶段会强。
    虽然太阳磁极会“反转”,但请放心,我们没有必要惊慌。这是太阳整个生命周期中的自然过程,极区磁场反转表明太阳周期很健康,告诉我们他“感觉良好”,而没有反转则表明太阳周期可能发生重大变化,才需要担心呢。
    预计极区磁场反转过程中,会看到更多的 X 级耀斑、更大的日冕物质抛射和更强的地磁暴!——我们一起期待吧!

来源:国家空间科学数据中心