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太陽磁極在反轉 極光將會更頻繁

http://www.jefhmi.tw 發布時間: 2013-12-14 04:18:26 來源: 廣州日報    點擊:
 
原標題:太陽磁極在反轉 極光將會更頻繁

  以時間為橫坐標、日面緯度為縱坐標繪出的形如蝴蝶的太陽黑子群分布圖(資料圖片)

  遠在外太空的太陽,正在進行一場對于地球人來說難以想象的巨大轉變——它又開始玩“倒轉”了。大約11年一次的太陽兩極磁場反轉,可能會在近期完成。不過不要過分擔心,太陽“倒轉”對我們地面上的人的負面影響是有限的,我們還可以趁機在地球兩極觀測到更多更美的極光。記者特邀南京大學天文與空間科學學院從事太陽物理領域研究的陳鵬飛教授,帶我們領略這一有趣的天文現象。

  太陽兩極磁場正在顛倒

  美國宇航局的科學家宣布,太陽最近可能會完成“倒轉”動作,兩極磁場發生徹底反轉,這一過程已經開始,但具體在哪一天完成,科學家們也無從知曉。

  太陽大約每11年發生一次兩極磁場反轉。斯坦福大學的天文學教授托德·胡可斯瑪接受《每日電訊報》記者采訪時指出,每次太陽磁極倒轉時,所形成的“漣漪效應”不但波及太陽表面,甚至會影響整個太陽系。

  有研究指出,太陽磁場倒轉也會對地球的氣候和云量產生影響。不過,反轉過程總是發生在太陽黑子數最多的年份附近,黑子伴隨著強磁場,強磁場延伸到地球附近,會為地球形成更強大的保護屏障,遮擋部分來自宇宙的射線。這對于在外太空飽受宇宙射線輻射之苦的宇航員以及在地球外運行的航天器,可能會是個好消息。

  太陽正出現罕見的兩個“南極”

  陳鵬飛教授告訴記者,太陽兩極磁場反轉有比較穩定的準周期規律。跟太陽黑子活動周期相似,基本上穩定在每隔11年發生一次。但也有一些隨機因素,會讓這個時間間隔有一些變化。

  “有時會縮短到9年一次,有時也會延長到14年一次。”他說。

  那么,太陽的磁場為什么會發生反轉?這個反轉的過程又是怎么樣進行的呢?

  陳鵬飛以這次的反轉為例,解釋了這個有趣的過程。“2009年是太陽黑子數極小年,從這一年年初開始,太陽就進入了新一輪的活動周期。那時,太陽的北極區磁場為‘負’(即進入太陽表面)。自2009年開始,研究人員觀測到,在緯度30度附近,越來越多的黑子成對從太陽內部冒出來,兩個黑子的極性正好相反。由于太陽自轉的原因,黑子并不在一個緯度上,而是右邊的黑子更接近赤道,左邊的黑子更接近極區(著名的‘黑子蝴蝶圖’就是這樣得來的)。以北半球為例,大多數靠近北極區的黑子磁場為正極(即從太陽表面出來)。由于太陽表面的對流運動以及從低緯度到高緯度的子午環流的影響,正極黑子的磁場逐漸擴散到北極區,從而逐漸抵消了太陽北極區原本的負極狀態,從今年初開始,太陽北極的磁極開始由負極變成正極。自2009年開始,太陽南半球的黑子和南極區的磁極正好和北半球相反,也同樣在經歷反轉過程。但兩個半球是不同步的。南極區的磁場似乎要等到2014年初才能完全反轉。這就導致目前太陽上南北極區的磁場都是正的(或稱N極,即從太陽表面出來),跟地球很不一樣。”

  上世紀初,美國著名的天文學家喬治·海爾發現了黑子的磁場變換規律,被稱為太陽活動的“海爾定律”:在同一個11年太陽活動周期內,太陽同一個半球中(南半球或北半球),幾乎所有黑子對的磁場極性分布都相同,即都是同一種極性的黑子在前,另外一種極性的黑子在后,而太陽南北兩個半球前導、后隨黑子的磁場極性分布正好相反。而且當下一個11年活動周期來臨后,太陽南北兩個半球的雙極黑子對的磁場極性會發生對換。

  因此,按照這個黑子磁場變換規律,太陽黑子變化一個完整的周期需要大約22年。

太陽若爆發 對地球的影響將更大

  對于大多數地球人而言,更關心的不是太陽為啥要玩“倒轉”,而是這一變換對地球有沒有什么直接影響。

  在陳鵬飛看來,太陽磁極對換對地球的影響并沒有大家想象的那么可怕。“磁極對換只是維持太陽周期的一個部分。只是現在地球的磁感線是南出北進的,一旦太陽磁極轉換結束,磁力線變成北出南進,大尺度磁場朝南,這就跟地球的方向相反。這樣一來,太陽的爆發勢必會對地球的影響更大些,可能會對衛星通訊、導航產生一些影響。另外,5~6年之后,在太陽黑子數極小年附近,進入地球的宇宙射線流量維持在較高水平的時間會更長一些。不過,我們在地球上能看到的最直觀的現象,會是兩極地區的極光變得更加頻繁,規模可能也會更大一些。”

  他介紹,當太陽表面活動活躍,太陽風、日冕物質拋射頻繁時,確實會沖擊地球磁場,引發地磁暴,對航天器、通訊產生負面影響。但地磁暴跟太陽磁極的南北對調本身關系并不是很大,不必過分擔心。

  地球磁極也可能反轉

  最大危險是基因突變

  相比之下,地球如果發生磁極反轉,結果可能會比較麻煩。不過,即便發生,也可能跟電影《2012》里的景象不太一樣。

  陳鵬飛告訴記者:“有研究認為,地球磁極反轉的間隔一般應該是30萬~40萬年。但地球的上一次磁極反轉發生在78萬年前。磁極反轉之后并不可怕,但令人擔憂的是反轉過程中,地球磁場會不會減弱或者消失。一旦磁場消失,問題就變得嚴重了。來自宇宙的各種射線,正是因為有地球本身的磁場和大氣的屏蔽,才不會對地球上的生物造成破壞。如果磁場消失,地球生物就如同暴露在核泄漏的輻射污染中,最大的問題是會使生物染色體基因發生突變。”

  不過,他也指出,美國的物理學家曾做過一些計算機模擬演示,認為磁極反轉對地球有影響,但可能影響不會那么大。“在反轉過程中,地球的磁場還可以維持,但有可能形成磁場的多極分布。屆時不再只有南極和北極,比如在低緯度地區,也可能會形成新的磁極。這樣的話,宇宙射線不再只是從南北兩極侵入地球,在低緯度形成新磁極的地區也會有更多宇宙射線侵入,這樣一來,有可能在廣州或南京,我們也可以見到極光。不過,要小心的是,形成極點的地方,輻射也會比較強。”

  想象一下,如果真有那么一天,地球的磁極發生反轉了,該怎么防護呢?躲到地下有用嗎?“躲在地底下是能在某種程度上躲避一些輻射。但如果人類要在地面上生活的話,更有效的方法是用鉛來做墻體。鉛能比較有效地阻擋射線。”陳鵬飛說。

  那地球什么時候開始發生下一次的磁極反轉呢?陳鵬飛回答說:“不知道。我們只能根據地球磁場過往的反轉歷史估算其可能性。然而,正如我們可以預測孕婦會生男還是生女的概率是各50%,但具體到某對夫婦誰也不能肯定一樣,對于磁極反轉的問題,我們的認識仍不夠深入,它發生與否有很多不確定因素。不過,如果真的開始反轉,指南針可能不再指向南邊,而是會發生偏移。”

  如果有一天你觀察到指南針的指向在發生變化,而你旁邊又沒有磁鐵影響的話,恭喜你,你很可能碰到幾十萬年難得一遇的大事件了。 文:記者 李文

 

(來源:廣州日報)

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