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科学家揭示确定太阳活动周期的新线索

发布时间:2018-05-17  点击数:[11]

科学家们已经发现了一种新的标记,可以跟踪太阳周期的走向,为观察磁场演变和穿过我们最近的恒星的方式提供了一种新方式。 /

大约每11年,太阳从安静平静到剧烈活跃都会发生完全的个性变化。太阳活动的高度称为太阳最大值,是无数太阳黑子的时间,伴随着深刻的火山爆发,将辐射和太阳粒子带出太空。

然而,太阳周期的时间远未精确。由于人类在17世纪开始定期记录太阳黑子,因此连续太阳极值之间的时间短至九年,但长达14年,很难确定其原因。现在,研究人员已经发现了一种新的标记,用于追踪太阳循环的亮点 - 太阳大气层中的小亮点,使我们能够观察太阳内部材料的不断滚动。这些标记提供了一种观察磁场演变方式并穿过我们最近的恒星的新方式。他们还表明,对于推动这一神秘循环的原因的现有理论的实质性调整可能是需要的。

从历史上看,有关太阳内部正在发生的什么事情来推动太阳周期的理论只依赖于一组观测数据:太阳黑子的检测,这是一个可以追溯到几个世纪的数据记录。在过去的几十年中,认识到太阳黑子是强磁场的地区,研究人员还能够从超过9000万英里远的地方获得对太阳磁场测量的观测结果。

“太阳黑子一直是理解控制太阳内部的机制的常年标志,”科罗拉多州博尔德国家大气研究中心的空间科学家斯科特麦金托什说,也是第一作者关于这些结果的论文。 2014年9月1日,天体物理学期刊。 “但是制造太阳黑子的过程并没有得到很好的理解,更不是那些控制他们的迁移和驱动他们行动的因素。现在我们可以看到太阳大气中有明亮的点,它们就像浮标一样,深入到更深的地方。他们帮助我们开发出一幅不同的太阳内景图。“

在太阳活动周期过程中,太阳黑子倾向于逐渐降低纬度,向赤道方向移动。普遍的理论是,每个太阳半球的两个对称的大环形物体,就像巨大的传送带一样,从极点扫到赤道,在那里它们沉入太阳深处,然后稳稳地返回到极点。这些传送带还将磁场移动通过搅拌的太阳大气。该理论表明,太阳黑子与这种流动跟踪太阳黑子同步运动已经允许对该流动进行研究,并且基于该进展发展出了关于太阳活动周期的理论。但还有很多未知数:为什么太阳黑子只出现在30度左右?是什么导致连续周期的太阳黑子突然将磁极性从正极性转变为负极性,反之亦然?为什么周期的时间如此多变?

从2010年开始,McIntosh和他的同事们开始跟踪太阳上不同磁场平衡区域的大小,也就是指出有相同数量的磁场指向太阳的区域。该团队发现了以前看过的大小不一的磁性包裹,但也发现了比以前提到的更大的包裹 - 关于木星的直径。研究人员还观察了这些地区的太阳大气图像,即由美国宇航局的太阳动力学观测站(SDO)拍摄的日冕。他们注意到无处不在的极紫外线和X射线光点(称为亮点)更喜欢悬停在这些大面积的顶点周围,因为它们的规模巨大而被称为“g-节点”。

因此,这些亮点和g-节点开辟了一条全新的方式来追踪物质如何在太阳内部流动。 McIntosh和他的同事们收集了过去18年来欧洲联合航天局和NASA太阳和日光层观测站和SDO提供的观测资料,以监测最近一次太阳活动周期的进展情况以及当前活动的开始情况。他们发现,这些标记的带子 - 因此也是下面相应的大磁场 - 随着时间的推移也沿着与太阳黑子相同的路线稳步向赤道移动,但始于约55度的纬度。另外,太阳的每个半球通常具有不止一个这样的带。

McIntosh解释说,磁场线的复杂相互作用可能发生在太阳的内部,这在很大程度上隐藏在视野之外。最近的观测表明,太阳上充满了不同极化磁性材料的波段,一旦它们形成,就会稳定地从高纬度移向赤道。这些频带将具有北极或南极磁极性,并且它们的符号在每个半球中交替,使得极性总是相互抵消。例如,看着太阳的北半球,最靠近赤道的频带 - 也许是北极 - 将会有磁力线,将它连接到另一个频带,在更高的纬度,南极。穿过赤道,在太阳的下半部分,会发生类似的过程,但这些波段几乎是赤道附近,赤道附近的南极和高纬度北部的那些波段的镜像。磁力线将连接四个频带;在每个半球内部以及赤道之间。

尽管场线相对较短,但太阳的磁场系统更加平静,产生的太阳黑子少,爆发少。这是最低的太阳能。但是,一旦两个低纬度的行军乐队到达赤道,他们的极性基本上相互抵消。突然他们消失了。这个从迁徙到赤道的过程平均需要19年,但是从16年到21年不等。

在赤道战斗和取消之后,太阳只剩下两个移动到大约30度纬度的大带。来自这些频带的磁场线要长得多,因此每个半球的频带感觉相对较小。此时,太阳黑子开始在乐队中快速增长,开始增加太阳能最大值。然而,这种增长只能持续很长时间,因为产生一个相反极性的新频段的过程已经在高纬度地区开始了。当新频段开始出现时,复杂的四频段连接开始,低纬度频段的太阳黑子数量开始减少。

在这种情况下,它是磁带的周期 - 每个带向赤道行进的寿命 - 真正确定整个太阳周期。 “因此,11年的太阳活动周期可以被看作是两个更长周期的重叠”,伯兹曼蒙大拿州立大学和华盛顿NASA总部的论文的合着者Robert Leamon说。

新概念模型还解释了为什么太阳黑子被困在30度以下并突然改变标志。但是,该模型创建了一个关于不同纬度线的问题:为什么磁性标记,亮点和g-节点开始出现在55度?

“在纬度之上,太阳大气似乎与它下面的旋转断开,”麦金托什说。 “所以有理由相信,在太阳内部,与赤道附近的地区相比,高纬度地区有一个非常不同的内部运动和演变。 55度似乎是太阳的关键纬度,我们需要进一步探索。“

太阳能周期理论通过预测何时我们将看到下一个太阳能最小值和下一个太阳最大值来进行最佳测试。这份研究报告预测,2017年下半年太阳将进入太阳能最低点,下一个周期的太阳黑子出现在2019年底附近。

“人们预测太阳循环何时结束,下一次会开始,”利蒙说。 “2019年或2020年的某个时候,有些人会被证明是正确的,其他人是错的。”

与此同时,无论McIntosh和他的同事提供的新假说是否正确,这一长期的亮点和g-节点位置提供了一套新的观测资料,以探索太阳活动的驱动因素,而不仅仅是太阳黑子。将这些信息插入太阳模型将为改善我们恒星的模拟提供机会。这种先进的模型也告诉我们更多关于其他恒星的信息,从而更好地理解更奇特,遥远的天体相似的磁性活动。

出版物:Scott W. McIntosh等人,“解读太阳磁场活动。 I.关于太阳黑子周期与小磁性特征演变的关系,“2014年,ApJ,792,12; DOI:10.1088 / 0004-637X / 792/1/12号

PDF研究副本:解读太阳磁场活动I:关于太阳黑子周期与小磁特征演变的关系

资料来源:NASA的戈达德太空飞行中心Karen C. Fox

图片:NASA / SDO /戈达德; S. McIntosh

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