Magic!太陽黑子曾上演「全員逃走中」

  • 2008年3月2日時拍到的一張太陽表面照片,看來出奇的平滑、毫無斑點。(圖/取自中研院天文網)

國際中心/綜合報導

太陽黑子曾經上演過一次「全員逃走中」,時間在2008至2009年期間,長達兩年之久。當時太陽活動降至百年來屈指可數的最低點;地球大氣層上層因此冷卻收縮;太陽磁場減弱,宇宙射線可長驅直入太陽系抵達地球。

總之,「太陽黑子消失了」是件大事。當時,專門研究太陽的物理學家公開坦白說,真是不懂:「到底這些太陽黑子都去哪裡了?」根據3月出刊的《Nature》報導,現在,科學家找出了怪現象的原因。

↓太陽的剖面局部圖,以插畫手法示意「傳送帶」,黑色帶箭號的迴路線條,相連著太陽的表面和內部,進行輸送。(圖/取自中研院天文網)


根據中研院天文網7日報導,位在印度的「加爾各答科學教育研究所」認為,根據研究員Dibyendu Nandi所研究出的「太陽內部活動運算」新模型,深埋於太陽內部的電漿流不僅干擾到黑子形成,還延長了太陽極小期。

近幾年來太陽物理學家認知到太陽裡這塊「傳輸帶」相當重要。這是一圈環繞在太陽四週、極大的帶狀系統、由電漿流所構成的一個「子午圈環流」(類似 於地球上的洋流)。它在太陽兩極附近下沈,在太陽赤道附近湧出。這些循環電漿流對於每11年一次的太陽週期有重要的影響,當太陽黑子衰減開始時,太陽表面 的電漿流將太陽黑子殘留的磁性掃空,並將太陽黑子向太陽內部拉回,在距離太陽表面30萬公里深的地方,像一個磁發電機一樣,將衰減中的磁場補充加強。活力 重燃的太陽黑子於是像軟木塞浸在水中一樣,迅速的再度浮上太陽表面,就這樣,新的太陽週期重新開始。

這次,加爾各答科學教育研究所的團隊相信,他們已經成功研究出一個新的計算模型,不僅能將整個過程中環環相關的三方面全都納入考量,包括磁發電機、傳輸帶和黑子磁場浮力的演化,並且,他們也確定這個模型正確無誤的合乎物理原則。

哈佛-史密松天文物理中心的Andres Munoz-Jaramillo(也是該篇研究論文的共同作者)說,根據這個模型,早在1990年代後期,太陽黑子搞集體失蹤的問題已在太陽第23週期的前半部上升段顯現:在那個時候,太陽的傳送帶加快了腳步。

快速移動的傳送帶,迅速將太陽黑子屍體拖拉到太陽內部發電機,把磁場加以放大。乍聽下,這似乎應該增加太陽黑子的產出量才對,其實沒有。當太陽黑 子的老弱殘兵部隊抵達發電機、搭上傳送帶、前往磁場加強區時,由於傳送帶速度太快,停留的時間短,不足以讓太陽黑子完成全面重新活化,導致太陽黑子的產出 速度,反而因此遲緩下來。

同時,也根據該研究模型的指出,稍後在2000年左右,太陽的輸送帶速度確實又再度放慢,使得可停留在「磁場補給區」裡的時間可以拉長,但新太陽 黑子數量不足的傷害,在此時已是事實,要彌補卻為時已晚。更糟糕的是,速度緩慢的輸送帶要協助活力飽滿的太陽黑子重返太陽表面層,其實力有未逮,這導致第 23週期超長,第24週期又開始得太晚。正是這些背景,為百年來最長的太陽極小期,拉起了上場的序幕。

其實,太陽極大期相當短,只有幾年,不過伴隨它而來的常是數天之內劇烈爆發、旋即結束的戲劇性閃焰,使它名聲響亮。相較之下,太陽的極小期長多 了,可以持續好多年,譬如17世紀時,史上著名的「蒙德極小期」,一共歷時70年才結束,還正巧趕上了歐洲酷寒的小冰河時期的同一年代,至於兩者之間如何 相關,則仍有待了解。

不過,有件事情再清楚不過!怪事常有,但每逢極小期時,怪事特別多:2008到2009年期間,太陽磁場變弱,太陽風也停息不吹,通常,宇宙射線 都被太陽風磁場攔阻,無法進入太陽系內圈,使地球受到保護,就在極小期進入最深沉而平靜的休止狀態時,如果你剛好想來個「太空漫步」,那反倒是全世界最危 險的一項觀光活動;通常由太陽黑子供應的紫外線加熱會停止,於是地球大氣層上層開始冷卻收縮;所謂「太空垃圾」衰減變慢,速度不像從前,因此會在它繞行地 球的軌道上開始囤積,垃圾變成路障…諸如此類,都是怪事。

參與這個研究的學者認為,對於了解及預測太陽極小期,「太陽內部活動運算」這個模型具有前所未有的重要貢獻,不僅可以解釋太陽黑子消失現象,也能解釋2008~09年期間磁場變弱現象,這是能夠證明該模型正確性的一大有力證據。

下一步,天文學家期待SDO(太陽動力觀測站)可以由太陽內部深處的活動來印證關於輸送帶動況的預測假設。這種技術又稱為「日震學」;它像超音波 可顯示母腹中胎兒影像一樣,讓我們可以透視看見太陽內部的活動。如果加爾各答團隊所建立的模型能再加入SDO的高品質觀測資料,研究學者或許就能成功預測 到:下一次太陽極小期會在何時開始。黑子消失的那兩年,太陽裡頭到底發生了什麼事,答案可能就快揭曉。



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