德累斯頓-羅森多夫亥姆霍茲中心（HZDR）和拉脫維亞大學的研究人員首次對太陽的各種活動週期提出了全面的物理解釋。他們指出，太陽上的旋渦狀氣流（即羅斯比波）是金星、地球和木星的潮汐影響與太陽磁場活動之間的媒介。

太陽目前正再次接近11 年”施瓦布週期”的最大活動期，這是2023 年10 月的太陽軌道器圖像。圖片來源：歐空局和美國國家航空暨太空總署/太陽軌道器/EUI 小組

這項研究為不同長度的太陽週期提供了一個一致的模型，並為先前有爭議的行星假說提供了有力的論點支持。研究結果發表在《太陽物理學》（Solar Physics）雜誌。

儘管太陽離我們很近，是研究得最透徹的恆星，但有關其物理學的許多問題仍未完全解答。這些問題包括太陽活動的節律性波動。其中最有名的是，太陽平均每11 年達到一次輻射最大值–專家稱之為施瓦布週期。之所以會出現這種活動週期，是因為太陽的磁場在此期間會發生變化，並最終逆轉極性。如果不是因為施瓦布週期非常穩定，這本身對恆星來說並不稀奇。

在施瓦布週期之外，還有其他一些不太明顯的活動波動，從幾百天到幾百天不等，每個週期都以發現者的名字命名。儘管人們已經嘗試用數學計算來解釋這些週期，但仍然沒有一個全面的物理模型。

多年來，HZDR 流體動力學研究所的弗蘭克-斯特凡尼博士一直是”行星假說”的倡導者，因為行星的引力顯然對太陽產生了潮汐效應，類似於月球對地球的潮汐效應。每隔11.07 年，當金星、地球和木星這三顆行星與太陽排成一條特別引人注目的直線時，這種效應就會最強，就像地球上新月或滿月時的春潮一樣。這與施瓦布週期非常吻合。

太陽的磁場是由太陽內部導電等離子體的複雜運動形成的。 “你可以把它想像成一個巨大的發電機。雖然這個太陽發電機本身會產生一個大約11 年的活動週期，但我們認為行星的影響會幹預這個發電機的工作，反覆給它一點推動力，從而迫使太陽出現異常穩定的11.07 年節律，」斯特凡尼解釋。

幾年前，他和他的同事在現有的觀測資料中發現了這種時鐘過程的有力證據。他們也利用數學方法將各種太陽週期與行星運動聯繫起來。然而，起初這種相關性無法用物理方法充分解釋。

「我們現在已經找到了基本的物理機制。我們知道同步發電機需要多少能量，也知道這些能量可以透過所謂的羅斯比波傳遞給太陽。最重要的是，我們現在不僅可以解釋施瓦布週期和較長的太陽週期，還可以解釋較短的里格週期，而這是我們以前根本沒有考慮過的。

羅斯比波是太陽上的旋渦狀氣流，類似地球大氣中控制高低壓系統的大尺度波浪運動。研究人員計算出，金星、地球和木星三顆行星中每兩顆的春潮期間的潮汐力都具有激活羅斯比波的正確特性–這一見解具有許多後果：首先，這些羅斯比波會達到足夠高的速度，從而為太陽動力機提供必要的動力；其次，根據在太陽上觀測到的里格週期，這種情況每隔118 天、193 天和299 天就會發生一次。第三，所有其他太陽週期都可以在此基礎上計算出來。

這就是數學的作用：三個短暫的里格週期的疊加自動產生了突出的11.07 年施瓦布週期。這個模型甚至還能預測太陽的長期波動，因為太陽圍繞太陽系重心的運動會在施瓦布週期的基礎上產生所謂的193 年節拍週期。這與觀測到的另一個週期–蘇斯-德弗里斯週期–的數量級一致。

在這種情況下，研究人員發現，計算出的193 年週期與氣候資料中的週期性波動之間存在著令人印象深刻的相關性。這是行星假說的另一個有力論據，因為如果沒有施瓦布週期的相位穩定性，就很難解釋193 年的蘇斯-德弗里斯峰值，而相位穩定性只有在時鐘過程中才會出現。

這是否意味著太陽是否跟隨行星節拍的問題終於有了答案？斯特凡尼說：”我們可能只有在獲得更多數據後才能百分之百確定。但現在支持行星計時過程的論點非常有力。”

編譯自/ ScitechDaily