太陽黑子週期

【太陽黑子週期】（sunspot cycle）黑子活動各種時間尺度的準週期性變化，最著名的是太陽黑子11年週期。

太陽黑子相對數變化曲線1843年德國藥劑師施瓦貝（H．S. Schwabe），通過他自己對太陽黑子二十餘年的觀測記錄，發現太陽黑子的消長有一個10年左右的週期。1848年沃爾夫（J.R.Wolf)引入太陽黑子相對數，並將逐月黑子相對數推算到1749年，從而肯定地指出太陽黑子活動的週期平均長度為11．1年。圖1為1749年到1980年年平均黑子相對數變化曲線。從圖1上可以清楚地看到，二百多年來太陽黑子數的變化明顯地保持了平均11年左右的週期性。在每一個週期中，黑子從最少年開始，在3－5年中增大，達到一個極大值（或峯值），然後在隨後的5—7年再減小到一個極小值（或谷值）。相對應的年份分別稱為黑子極大年（或峯年，用M年表示）和黑子極小年（或谷年，用m年表示）。實際上太陽黑子週期長度在7．3年到16.1年之間。太陽黑子11年週期又稱太陽活動週期。一般以黑子最少的年份作為太陽活動週期開始的年份。

按規定，從1755年開始的週期作為太陽活動的第1周，第21周是1976年開始的。隨着對太陽活動研究的深入，又相繼發現了22年左右的太陽活動磁週期、80－90年的太陽活動世紀週期以及200年左右的太陽活動雙世紀週期等。

太陽黑子週期是指太陽黑子活動變化規律所具有的週期性。其週期為兩個極小值之間的時間，長的約為14a，短的約為8.5a，平均長度為11.1a.開始4a中，黑子不斷產生，活動加劇，以後7a中，大黑子羣逐漸減弱、消失.德國人施瓦布(Schwabe，S.H.)堅持17a對太陽黑子的觀測，於1843年發現太陽黑子的消長有約10a的平均週期.到了1848年，瑞士天文學家沃爾夫(Wolf，J.R.)整理了1609年天文望遠鏡發明以來的200多年太陽黑子記錄，證實了太陽黑子活動週期的存在，週期平均長度為11.1a，即太陽黑子11a週期.黑子數從1700年起已有年總量值，1749年起有更詳盡的月總量值，故國際上統一規定，從1755年這一年黑子數最低點開始的那個11a週期作為第一個週期，往後順次排出每個11a週期的號數，從1986年起開始進入第22個11a週期.太陽黑子週期除11a基本週期外，1919年，美國天文學家黑爾(Hale，G.E.)等人根據黑子磁場的極性分佈經歷一個循環約需22a，提出太陽黑子22a磁性週期(亦稱磁週期).隨着對太陽活動研究的深入，於20世紀中葉，格萊斯堡(Gleissberg，W.)等人又發現太陽黑子80a週期，此外，還有人提出許多更長的週期(178a、400a、1700a、2000a的週期等)或更短的週期(小於1a的)。

【太陽活動磁週期】（solar magnetic cycle)太陽黑子磁場極性的轉換週期。黑子具有明顯的磁場，且太陽南北兩半球黑子的磁極是相反的。如果北半球處在黑子羣前面的先行黑子具有正磁極的話，那麼在南半球的先行黑子則具有負磁極。但同一半球黑子的極性是相同的。它們的對應關係隨着黑子11年週期陽變化而相互逆轉。所以根據黑子磁場極性來劃分一個太陽活動整週期不是11年，而是黑子11年週期的兩倍，即22年，稱為磁極性轉換週期，簡稱為太陽活動磁週期。黑子的這一重要特徵是1913年海爾（G.E.Hale）發現的，所以太陽黑子22年磁週期又叫“海爾週期”（Hale cycle）。

由於太陽活動第9周至第17周的9個11年週期峯值恰好高低相間，所以過去習慣地把海爾週期包括的兩個11年週期分別稱作“主高週期”與“次高週期”，前者亦稱奇數週期，後者稱偶數週期。但是海爾週期究竟是從奇數週期開始還是從偶數週期開始，尚無定論。威列特（H．C．Willett)主張以偶數週期作為22年週期的起點，而斯萊波（H．P．Sleeper）則主張以太陽北半球上帶頭黑子的極性為準，稱為正、負週期。

【太陽活動世紀週期】（ 80—90 year cycle of solaractivity）時間約為80—90年的太陽黑子週期。從黑子11年週期變化曲線上可直觀地看出，一般在連續3、4個11年高峯後便接連3、4個11年低峯，總共持續的年數近於一個世紀，故稱世紀週期。20世紀中葉，格萊斯堡（W.Gleissberg）取黑子11年週期的極大值Rm的百年平滑值進行分析，即

太陽活動週期公式則Rm平滑值的變化曲線有着明顯的週期性，極大值位於第3周和第9周，極小值位於第6周和第14周，所以有人亦將此週期稱為格萊斯堡週期。以後在分析黑子其它參數的變化時，也得到類似結果。不過由於研究者所取方法不同，世紀週期的起止年份也不同。根據紹夫（J．Schove）收集、整理的古代黑子資料分析，世紀週期最短的只有40年，最長的可達120年。而且世紀週期越強，它的上升期也越長。太陽活動世紀週期反映了太陽活動平均強度的變化規律。

【太陽活動雙世紀週期】（200 year cycle of solaractivity）時間為200年左右的太陽黑子週期。功率譜分析證實，黑子11年週期峯值的變化有188—212年的顯著週期。由於這個週期是由兩個世紀週期組成的，其長度約為世紀週期長度的二倍，故名。又因為這個週期和九大行星178．7年的會合週期接近，所以有人又稱之為太陽活動的行星週期。

1904年，英國天文學家愛德華·蒙德發現了一幅奇異的景象，記錄太陽黑子週期變化的圖表竟然呈現出一幅展翅欲飛的蝴蝶圖案。

蒙德以緯度為縱座標，以時間（年份）為橫座標，繪出太陽黑子的分佈圖後，發現漸漸靠近赤道的太陽黑子就像蝴蝶的兩隻翅膀。如果把幾個太陽黑子週期的圖案繪製在一起，就組成了一連串翩翩起舞的“蝴蝶”。

如今，科學家們正致力於研究這個神奇的太陽黑子“蝴蝶圖”。太陽天文學家諾頓説，要想揭開謎底，首先要從所謂的太陽發電機效應（Solar Dynamo）説起。她説：“太陽發電機效應是太陽物理學中最為神秘的事物之一，它指的是在太陽內部和太陽表面的機械運動轉化成磁能的過程。”

因為太陽黑子活動區域被認為是強磁場區，同時太陽黑子會在11年的週期內發生增多和減少的現象，所以科學家認為太陽磁場也會在這一時期內增強或減弱。諾頓説：“太陽黑子週期的循環性是證明太陽內部磁場在這個週期裏發生變化有力的證據。”

諾頓和她的同事建立了太陽表面和內部的不同種類的熱氣流電腦模型，他們認為這有助於更好地瞭解太陽發電機效應，同時也有助於解釋太陽黑子移動產生“蝴蝶圖”的原因。

諾頓的同事吉爾曼説，對於太陽黑子活動圖為什麼會呈現蝴蝶圖案這個問題，如今還沒有一個統一的科學結論。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的。

迪科派蒂的電腦模擬將太陽黑子的移動和被稱為經向流的等離子流聯繫了起來。經向流在太陽赤道和兩極之間流動，它的全部過程被稱之為太陽活動週期。

經向流就像擁有兩個傳送帶的系統。這兩條“傳送帶”一個位於北半球，一個位於南半球，每個“傳送帶”都沿着太陽表面，從赤道運動到北極或是南極。到達極地時，每條“傳送帶”會轉個彎，進入太陽內部。經向流經過太陽內部的最外層即環流區返回到赤道。當“傳送帶”到達太陽赤道時，它又會轉頭沿着來的路徑，重新回到太陽表面，開始新一輪的循環。

一個太陽活動週期的時間為22年，或者説是兩個太陽黑子週期。這個理論認為，“傳送帶”的兩半都擁有相似的太陽黑子圖案，這就是為什麼太陽黑子活動遵循着11年的週期——等於太陽活動週期的一半。

根據迪科派蒂的的理論，太陽黑子在太陽表面流動會留下痕跡，這種痕跡還被帶到太陽內部，科學家們相信，太陽黑子的磁場在這裏形成，而新的太陽黑子則是在最 近週期內的痕跡上形成的。

通過了解經向流速度的變化以及過去的太陽黑子週期，迪科派蒂和同事相信他們也許能夠預測太陽黑子活動的時間和強度，從而也能對太陽風暴有所瞭解。他説：“事實上，在最近的工作中，我們預測因為經向流在目前週期內的速度放慢，所以下一個週期，即週期24的開始將會被推遲。” ^[1] 

中新社南京2月16日電 (記者 唐娟)“從今天至明後幾天，地球上的手機通迅可能會受到干擾。出現突然中斷或是有噪音的情況。”針對第24個太陽活動週期開始後，首次爆發的X級別耀斑將對地球產生的影響，中國科學院紫金山天文台從事太陽物理研究的研究員寧宗軍16日接受記者採訪時這樣解釋。

寧宗軍説。“本月14日，出現了一個M6.6級耀斑，在隨後的24小時內，接連產生很多次C級到M級光斑，15日上午9時許，我們觀測到一個達到X2.2級別的耀斑正向地球而來。將在2到3天內產生較強的對地效應。”寧宗軍指着電腦上SDO衞星觀測圖像向記者解釋。

據瞭解，這是第24太陽活動周開始以來的第一次X級耀斑，也是本次太陽活動周迄今最大級別的耀斑爆發。

太陽活動週期，是太陽黑子數及其他現象的準週期變化，大約11年為一個週期。伴隨着黑子羣，將會有不同級別的日冕物質拋射(耀斑)現象。根據預測，第24太陽活動週期從2008年12月開始，2013年左右至峯值，其後，太陽黑子將逐漸減少。

耀斑發生後，大量高能帶電粒子和強烈的電磁輻射被拋射出來。如果正向地球的方向。將會影響地球空間環境，干擾地球磁場和高空電離層。使得短波無線通訊信號中斷，軍用，民用航空通信，全球定位系統信號，甚至手機和銀行自動取款機都有可能受到干擾，影響人們的正常生活和生產活動。2003年10月底，科學家目睹了一場有記錄以來最大的太陽耀斑爆發。耀斑級別達到X28。致使瑞典南部的5萬户居民短暫失去電力供應。而就在此間，記者已經發現，手機通訊過程中會出現中斷的現象。

“我們把日冕物質拋射的級別分為A、B、C、M、X五個級別，其中A為最小級別，X為最大級別”。寧宗軍表示：“此次日冕物質拋射對地球的影響不會很嚴重。從目前來看，太陽黑子的活動才開始頻繁。今天在衞星圖像上仍能看到八個以上的黑子羣。未來仍有可能爆發X級以上耀斑。”

對於第24太陽活動週期峯值時，是否會有不可預計規模的太陽風暴襲擊地球，是否會給地球帶來無法預計的磁暴災難。寧宗軍表示“應該不會。”據他介紹，根據過去一百多年對太陽黑子活動的觀測和記錄分析，第24太陽活動週期太陽黑子極大數值應該在70個左右。而這個數值僅為上一個也就是2003年第23太陽活動週期峯值的一半，“因此大家不必恐慌”。

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中新網6月16日電 據台灣《聯合報》16日報道，美國科學家表示，天文學界熟悉的太陽黑子週期，似乎進入17世紀以來首見的冬眠期，可能對全球產生輕微的降温作用。上次太陽黑子冬眠期長達70年，俗稱小冰河期，在1715年結束，距今已將近300年。

科學家多年前認為，太陽可能在2012年左右進入閃焰與黑子活動最劇烈的狀態，但卻呈現令他們好奇的相對平靜狀態。美國科學家14日在新墨西哥州出席美國天文學會太陽物理年會並發表3項報告，表示太陽黑子冬眠的具體徵兆包括噴射氣流消失、黑子黯淡，以及極區附近的活動減緩。

美國國家太陽觀測站的希爾表示：“這種現象極不尋常，而且令人意外。然而3種關於太陽的不同觀點研究報告殊途同歸，意味太陽黑子週期可能即將進入冬眠狀態。”

太陽活動增強、減弱大約間隔11年，每次增減代表太陽22年磁極反轉間隔期的大約一半。

根據文獻，在1645年至1715年之間的所謂“蒙德極小期(Maunder Minimum)”，科學家在這70年間幾乎無法觀察到任何太陽黑子，這段時間俗稱“小冰河期”。天文學家正在探討太陽黑子再度靜止，是否意味第2次蒙德極小期即將來臨。

希爾表示：“如果我們分析正確，這可能是未來數十年我們經歷的最後一次黑子劇烈活動期。它將影響太空探險以至全球氣候等各方面。”

科學家表示，與太陽黑子活動減弱有關的全球氣温變化幅度很小，不足以抵銷温室效應氣體對全球暖化的影響。美國海軍研究實驗室的太陽物理學家茱蒂絲‧林恩表示：“根據經驗，最近幾次太陽活動11年週期影響全球平均氣温的變化，大約只有攝氏0.1度。”

如果週期停止或減緩，地表氣温的細微變化也會如此，導致黑子活動極小化的微幅冷卻效果消失。科學家曾經在上一次的太陽週期進入尾聲時，觀察到這種現象。

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利用Shcvoe推算出的2500多年太陽黑子極值出現的年份得到了2500多年來的太陽黑子週期長度,將其與北半球部分地區温度對比,發現太陽黑子週期長時北半球温度低,太陽黑子週期短時北半球温度高;快週期持續時間越長暖期持續時間也越長,反之亦然。最後,利用太陽黑子週期長度和萬年尺度的温度變化趨勢擬合了2500多年來的温度變化,它與我國温度和極區温度有一定的可比性。 ^[4]