太陽的磁極正在消失
太陽磁場的兩極正在逐漸消失。但別驚慌:這都是我們的主星通常11 年活動週期的一部分。在過去的幾年裡,太陽活動–用太陽表面的黑斑數量來衡量的話一直在增加,太陽爆發(如電磁輻射耀斑和等離子體噴射)也在增加。太陽風暴帶來了令人震撼的極光和偶爾的無線電中斷。
2016年3月12日,美國太空總署太陽動力學天文台拍攝的太陽影像上描繪的太陽磁場線示意圖,當時太陽活動正在減弱。圖片來源:NASA/SDO/AIA/LMSAL
但對地球人來說,這些太陽活動並不那麼明顯:它們也在侵蝕太陽流動性驚人的磁場,而我們的主星兩極因此幾乎失去了電荷。科學家說,隨著時間的推移,磁場將會逆轉,然後隨著太陽活動的減弱而逐漸增強。
位於科羅拉多州博爾德市的西南研究所的太陽科學家麗莎-厄普頓說:”現在看來,太陽的兩極磁場相當同步。它們已經非常接近零了,所以它們變得非常非常弱,但我們還沒有完全達到逆轉的程度。”
極地逆轉將標誌著2019年12月左右開始的一個過程的中點,當時太陽最安靜,幾乎看不到一個太陽黑子。此時,恆星的磁場排列成一個相對整齊的偶極,其中一極帶正電,另一極帶負電。
但是,與地球磁場或條形磁鐵的磁場不同,太陽的磁性是斑駁陸離、高度不穩定的,即使在偶極階段也是如此。史丹佛大學的太陽科學家 Todd Hoeksema)說:「它並不是均勻的正磁場。」它是由許多小磁通量區域組成的,其中大部分是一種極性,而不是另一種極性,這是一種動態變化。”
偶極階段稍縱即逝。隨著太陽的自轉,看似有序的磁場會扭曲並增強。磁場也會向太陽表面升高,通常在太陽赤道附近,表現為太陽黑子。太陽黑子看起來很暗,這是因為磁性的增強阻礙了熱量向該區域的輸送,從而產生了一個溫度較低的區域,與太陽表面的其他部分相比,太陽黑子的光芒較弱。
每個太陽黑子都是一對,一個磁性為正,另一個磁性為負。隨著太陽黑子的衰減,這些磁對大部分(但不完全)都會消散,只留下一點剩餘的磁通量。這種殘留磁通常與太陽半球上出現的磁極相反。當物質圍繞太陽移動時,這些剩餘磁通量通常會向該半球的磁極移動,這通常會抵消在那裡的一些現有磁場。
一對太陽黑子產生的剩餘磁通量本身並不會造成太大的影響,但在太陽週期中較為活躍的時期,太陽在任何時刻都能輕易地產生100 個太陽黑子。隨著所有這些太陽黑子的形成和消退,剩餘的微小電荷逐漸在兩極堆積,並抵消了它們的極性。
儘管如此,這個過程可能會磕磕絆絆,這取決於太陽的活動以及科學家們還無法預測的磁場方面。厄普頓在談到太陽磁場變化時說:”這並不是有序發生的,它不是一個平滑的函數。”
但在這一點上,幾年的太陽黑子活動幾乎消除了恆星的磁極,逆轉即將發生。美國國家太陽觀測站的太陽科學家桑傑-戈賽因說:”太陽現在相當活躍。如果繼續這樣下去,我猜在六個月左右,我們就會看到磁極完全翻轉。”
科學家正翹首以盼,希望看到逆轉過程如何展開。霍克斯馬說:”這不是一瞬間的事情,也不會同時在所有地方發生。例如,在上一個太陽週期中,太陽北半球的極性從2012年6月初開始逆轉,然後在中性點附近搖擺不定,直到2014年底,儘管南半球在2013年年中順利過渡到了相反的極性。今年,兩極的過渡似乎更加均勻。我不知道哪一個會先走;這有點像賽馬。”
科學家說,太陽磁極的逆轉通常預示著太陽極大期即將來臨,太陽黑子數量將開始減少。這符合先前的預測,即這次太陽週期將相對較弱,儘管可能比2014年4月達到頂峰的上一次太陽週期稍強。
「現在看來,極地磁場可能會在2024 年逆轉。太陽週期的最大值可能會出現在2024 年,」厄普頓說。”所有這些都是非常標準、典型的排列方式。實際上,太陽在這個週期的表現相當不錯。”
在接下來的幾年裡,太陽黑子將繼續把它們剩餘的磁性加入到太陽兩極增長的新電荷池中,加強新的磁場,並重新創造出上次在2019 年出現的偶極狀態。這次偶極狀態將出現在2030 年代之交。在太陽最低點前後,科學家也將開始預測下一個太陽週期可能發生的情況,該週期將在1930 年代中期達到頂峰。
但現在,科學家對這次極點逆轉的發展拭目以待。霍克斯馬說:「看看它究竟會如何發展總是很有趣的,它不會重複兩次」。