太陽(yáng)黑子周期

【太陽(yáng)黑子周期】（sunspot cycle）黑子活動(dòng)各種時(shí)間尺度的準(zhǔn)周期性變化，最著名的是太陽(yáng)黑子11年周期。

1843年德國(guó)藥劑師施瓦貝（H．S. Schwabe），通過(guò)他自己對(duì)太陽(yáng)黑子二十余年的觀測(cè)記錄，發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)黑子的消長(zhǎng)有一個(gè)10年左右的周期。1848年沃爾夫（J.R.Wolf)引入太陽(yáng)黑子相對(duì)數(shù)，并將逐月黑子相對(duì)數(shù)推算到1749年，從而肯定地指出太陽(yáng)黑子活動(dòng)的周期平均長(zhǎng)度為11．1年。右圖為1749年到1980年年平均黑子相對(duì)數(shù)變化曲線。從圖上可以清楚地看到，二百多年來(lái)太陽(yáng)黑子數(shù)的變化明顯地保持了平均11年左右的周期性。在每一個(gè)周期中，黑子從最少年開(kāi)始，在3－5年中增大，達(dá)到一個(gè)極大值（或峰值），然后在隨后的5—7年再減小到一個(gè)極小值（或谷值）。相對(duì)應(yīng)的年份分別稱為黑子極大年（或峰年，用M年表示）和黑子極小年（或谷年，用m年表示）。實(shí)際上太陽(yáng)黑子周期長(zhǎng)度在7．3年到16.1年之間。太陽(yáng)黑子11年周期又稱太陽(yáng)活動(dòng)周期。一般以黑子最少的年份作為太陽(yáng)活動(dòng)周期開(kāi)始的年份。按規(guī)定，從1755年開(kāi)始的周期作為太陽(yáng)活動(dòng)的第1周，第21周是1976年開(kāi)始的。隨著對(duì)太陽(yáng)活動(dòng)研究的深入，又相繼發(fā)現(xiàn)了22年左右的太陽(yáng)活動(dòng)磁周期、80－90年的太陽(yáng)活動(dòng)世紀(jì)周期以及200年左右的太陽(yáng)活動(dòng)雙世紀(jì)周期等。

【太陽(yáng)活動(dòng)磁周期】（solar magnetic cycle)太陽(yáng)黑子磁場(chǎng)極性的轉(zhuǎn)換周期。黑子具有明顯的磁場(chǎng)，且太陽(yáng)南北兩半球黑子的磁極是相反的。如果北半球處在黑子群前面的先行黑子具有正磁極的話，那么在南半球的先行黑子則具有負(fù)磁極。但同一半球黑子的極性是相同的。它們的對(duì)應(yīng)關(guān)系隨著黑子11年周期陽(yáng)變化而相互逆轉(zhuǎn)。所以根據(jù)黑子磁場(chǎng)極性來(lái)劃分一個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)整周期不是11年，而是黑子11年周期的兩倍，即22年，稱為磁極性轉(zhuǎn)換周期，簡(jiǎn)稱為太陽(yáng)活動(dòng)磁周期。黑子的這一重要特征是1913年海爾（G.E.Hale）發(fā)現(xiàn)的，所以太陽(yáng)黑子22年磁周期又叫“海爾周期”（Hale cycle）。

由于太陽(yáng)活動(dòng)第9周至第17周的9個(gè)11年周期峰值恰好高低相間，所以過(guò)去習(xí)慣地把海爾周期包括的兩個(gè)11年周期分別稱作“主高周期”與“次高周期”，前者亦稱奇數(shù)周期，后者稱偶數(shù)周期。但是海爾周期究竟是從奇數(shù)周期開(kāi)始還是從偶數(shù)周期開(kāi)始，尚無(wú)定論。威列特（H．C．Willett)主張以偶數(shù)周期作為22年周期的起點(diǎn)，而斯萊波（H．P．Sleeper）則主張以太陽(yáng)北半球上帶頭黑子的極性為準(zhǔn)，稱為正、負(fù)周期。

【太陽(yáng)活動(dòng)世紀(jì)周期】（ 80—90 year cycle of solaractivity）時(shí)間約為80—90年的太陽(yáng)黑子周期。從黑子11年周期變化曲線上可直觀地看出，一般在連續(xù)3、4個(gè)11年高峰后便接連3、4個(gè)11年低峰，總共持續(xù)的年數(shù)近于一個(gè)世紀(jì)，故稱世紀(jì)周期。20世紀(jì)中葉，格萊斯堡（W.Gleissberg）取黑子11年周期的極大值Rm的百年平滑值進(jìn)行分析，即

則Rm平滑值的變化曲線有著明顯的周期性，極大值位于第3周和第9周，極小值位于第6周和第14周，所以有人亦將此周期稱為格萊斯堡周期。以后在分析黑子其它參數(shù)的變化時(shí)，也得到類似結(jié)果。不過(guò)由于研究者所取方法不同，世紀(jì)周期的起止年份也不同。根據(jù)紹夫（J．Schove）收集、整理的古代黑子資料分析，世紀(jì)周期最短的只有40年，最長(zhǎng)的可達(dá)120年。而且世紀(jì)周期越強(qiáng)，它的上升期也越長(zhǎng)。太陽(yáng)活動(dòng)世紀(jì)周期反映了太陽(yáng)活動(dòng)平均強(qiáng)度的變化規(guī)律。

【太陽(yáng)活動(dòng)雙世紀(jì)周期】（200 year cycle of solaractivity）時(shí)間為200年左右的太陽(yáng)黑子周期。功率譜分析證實(shí)，黑子11年周期峰值的變化有188—212年的顯著周期。由于這個(gè)周期是由兩個(gè)世紀(jì)周期組成的，其長(zhǎng)度約為世紀(jì)周期長(zhǎng)度的二倍，故名。又因?yàn)檫@個(gè)周期和九大行星178．7年的會(huì)合周期接近，所以有人又稱之為太陽(yáng)活動(dòng)的行星周期。

1904年，英國(guó)天文學(xué)家愛(ài)德華·蒙德發(fā)現(xiàn)了一幅奇異的景象，記錄太陽(yáng)黑子周期變化的圖表竟然呈現(xiàn)出一幅展翅欲飛的蝴蝶圖案。

蒙德以緯度為縱坐標(biāo)，以時(shí)間（年份）為橫坐標(biāo)，繪出太陽(yáng)黑子的分布圖后，發(fā)現(xiàn)漸漸靠近赤道的太陽(yáng)黑子就像蝴蝶的兩只翅膀。如果把幾個(gè)太陽(yáng)黑子周期的圖案繪制在一起，就組成了一連串翩翩起舞的“蝴蝶”。

目前，科學(xué)家們正致力于研究這個(gè)神奇的太陽(yáng)黑子“蝴蝶圖”。太陽(yáng)天文學(xué)家諾頓說(shuō)，要想揭開(kāi)謎底，首先要從所謂的太陽(yáng)發(fā)電機(jī)效應(yīng)（Solar Dynamo）說(shuō)起。她說(shuō)：“太陽(yáng)發(fā)電機(jī)效應(yīng)是太陽(yáng)物理學(xué)中最為神秘的事物之一，它指的是在太陽(yáng)內(nèi)部和太陽(yáng)表面的機(jī)械運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成磁能的過(guò)程?！?

因?yàn)樘?yáng)黑子活動(dòng)區(qū)域被認(rèn)為是強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)，同時(shí)太陽(yáng)黑子會(huì)在11年的周期內(nèi)發(fā)生增多和減少的現(xiàn)象，所以科學(xué)家認(rèn)為太陽(yáng)磁場(chǎng)也會(huì)在這一時(shí)期內(nèi)增強(qiáng)或減弱。諾頓說(shuō)：“太陽(yáng)黑子周期的循環(huán)性是證明太陽(yáng)內(nèi)部磁場(chǎng)在這個(gè)周期里發(fā)生變化有力的證據(jù)。”

諾頓和她的同事建立了太陽(yáng)表面和內(nèi)部的不同種類的熱氣流電腦模型，他們認(rèn)為這有助于更好地了解太陽(yáng)發(fā)電機(jī)效應(yīng)，同時(shí)也有助于解釋太陽(yáng)黑子移動(dòng)產(chǎn)生“蝴蝶圖”的原因。

諾頓的同事吉爾曼說(shuō)，對(duì)于太陽(yáng)黑子活動(dòng)圖為什么會(huì)呈現(xiàn)蝴蝶圖案這個(gè)問(wèn)題，目前還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的科學(xué)結(jié)論。其中，最主要的理論是以吉爾曼同事迪科派蒂的電腦模擬為基礎(chǔ)的。

迪科派蒂的電腦模擬將太陽(yáng)黑子的移動(dòng)和被稱為經(jīng)向流的等離子流聯(lián)系了起來(lái)。經(jīng)向流在太陽(yáng)赤道和兩極之間流動(dòng)，它的全部過(guò)程被稱之為太陽(yáng)活動(dòng)周期。

經(jīng)向流就像擁有兩個(gè)傳送帶的系統(tǒng)。這兩條“傳送帶”一個(gè)位于北半球，一個(gè)位于南半球，每個(gè)“傳送帶”都沿著太陽(yáng)表面，從赤道運(yùn)動(dòng)到北極或是南極。到達(dá)極地時(shí)，每條“傳送帶”會(huì)轉(zhuǎn)個(gè)彎，進(jìn)入太陽(yáng)內(nèi)部。經(jīng)向流經(jīng)過(guò)太陽(yáng)內(nèi)部的最外層即環(huán)流區(qū)返回到赤道。當(dāng)“傳送帶”到達(dá)太陽(yáng)赤道時(shí)，它又會(huì)轉(zhuǎn)頭沿著來(lái)的路徑，重新回到太陽(yáng)表面，開(kāi)始新一輪的循環(huán)。

一個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)周期的時(shí)間為22年，或者說(shuō)是兩個(gè)太陽(yáng)黑子周期。這個(gè)理論認(rèn)為，“傳送帶”的兩半都擁有相似的太陽(yáng)黑子圖案，這就是為什么太陽(yáng)黑子活動(dòng)遵循著11年的周期——等于太陽(yáng)活動(dòng)周期的一半。

根據(jù)迪科派蒂的的理論，太陽(yáng)黑子在太陽(yáng)表面流動(dòng)會(huì)留下痕跡，這種痕跡還被帶到太陽(yáng)內(nèi)部，科學(xué)家們相信，太陽(yáng)黑子的磁場(chǎng)在這里形成，而新的太陽(yáng)黑子則是在最近周期內(nèi)的痕跡上形成的。

通過(guò)了解經(jīng)向流速度的變化以及過(guò)去的太陽(yáng)黑子周期，迪科派蒂和同事相信他們也許能夠預(yù)測(cè)太陽(yáng)黑子活動(dòng)的時(shí)間和強(qiáng)度，從而也能對(duì)太陽(yáng)風(fēng)暴有所了解。他說(shuō)：“事實(shí)上，在最近的工作中，我們預(yù)測(cè)因?yàn)榻?jīng)向流在目前周期內(nèi)的速度放慢，所以下一個(gè)周期，即周期24的開(kāi)始將會(huì)被推遲?！?/P>