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研究发现太阳提前出现磁极反转现活动高峰期

2012-04-25 作者:互联网 出处: 互联网 责编:zlu
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  研究发现太阳提前出现磁极反转现活动高峰期

    科学家们正对太阳磁场出现的异常进行严密监视,根据日出探测器的数据以及其它方面的数据显示太阳似乎正提前出现磁极反转的征兆,并且其南北两个半球在磁极反转的速率方面并不同步,这些事实让研究人员感到困惑不解

研究发现太阳提前出现磁极反转现活动高峰期

  

    图像的左栏:在2008年的太阳北半球,日出号探测器观测到大块的负极性区域(橘色表示);到了2011年,同样的区域中这些橘色的负极性区域面积大大缩减,正极性(蓝色)和负极性区域的分布也更加均匀  新浪科技讯 北京时间4月25日消息,众所周知,每隔大约11年,太阳的整个磁场就会发生一次磁极倒转——北磁极变成南磁极,而南磁极变成北磁极。在磁极发生倒转时,太阳就会出现活动的高峰期,称之为“太阳极大”。

  尽管这一过程看上去似乎呈现出11年的规律性,但是在近期发表的两篇论文中,科学家们却强调了这一过程中的不对称性。目前,太阳北磁极已经大大减弱,几乎接近于零。这就说明太阳的磁极倒转过程已经开始,但是反观太阳南磁极,这里的磁场减弱过程却似乎仅仅是刚刚开始。

  乔纳森·瑟坦(Jonathan Cirtain)是美国宇航局马歇尔空间飞行中心的太空科学家,同时也是参与日本“日出”(Hinode)号太阳探测器项目的美方项目科学家。他说:“太阳磁北极已经开始进入倒转期,远远领先于南极,我们不能理解其中缘由。”

  这两份论文中的一篇直接源自“日出”号探测器获取的对于此次太阳磁极倒转的观测数据。而另一份论文则采用了一项新技术,对太阳极地大气发出的微波辐射进行观测,以此推断其表面发生的磁场活动特征。

  这两篇描述太阳磁极转变不均衡的论文对传统上认为太阳南北磁极同步发生磁极倒转的观点提出了挑战。与此同时,这两篇论文都认为在太阳北极,磁极倒转即将发生。这一时间点远早于一般认为太阳极大将在2013年到来的预期。而“日出”号探测器获取的其它一些数据同样暗示我们可能需要对现有的太阳模型做出重新考量。

  对太阳极地地区的磁场强度进行测量难度非常大,因为地球围绕太阳公转的轨道大致位于太阳赤道面上,因此设在地球上的绝大部分太阳望远镜所观测的太阳表面区域主要都集中在其低纬度地区,对于极地的观测非常不利。当进行精确太阳磁场测量时也仅能获得低精度的结果,而日出号探测器则可以克服这一困难。

  而第二份论文中描述的新的微波辐射观测方法则得益于2003年的一项新发现:太阳表面存在一种规模巨大的爆发现象,即日珥爆发。当时科学家们注意到,当太阳活动处于极小时,这种爆发一般都集中在太阳低纬度地区,但是随着太阳逐渐接近极大期,这种日珥爆发现象逐渐开始向极地高纬度地区转移。与此同时太阳极区在微波波段的亮度也逐渐下降到非常低的值。

  纳特·戈帕斯瓦米(Nat Gopalswamy)是美国宇航局戈达德空间飞行中心的太阳科学家,他也是那篇有关采用微波辐射方法观测太阳的论文第一作者,这篇论文已经于2012年4月11日被《天体物理学杂志》接受。他说:“当我们开始在纬度超过60度的位置上观测到日珥爆发,那么我们就该知道太阳极大期就要到了。”

  为了对逐渐接近高纬度极区的日珥爆发现象进行追踪观察,戈帕斯瓦米和他的团队调用了日本野边山太阳射电天文望远镜,以及欧空局/美国宇航局合作的“太阳和太阳风层探测器”(SOHO)。他们在微波波段对太阳进行了观察,通常这一波段会被用于观察太阳大气下方的日面层,即所谓的色球层。

  戈帕斯瓦米开发出一种精确的技术,可以借由这种微波波段观测数据构建出太阳接近极区位置磁场活动强度的图景。通过对整个日面色球层在微波波段亮度的观察,科学家们确认太阳北磁极强度已经减弱到接近上次太阳极大期间出现的低水平,这意味着又一次太阳活动极大期的到来。这一结论同样得到了对日珥爆发观察结果的支持,观测显示,日珥爆发已经开始在北半球极高纬地区出现。然而与之形成鲜明对比的是,在太阳南半球,这种日珥爆发发生的数量才刚刚开始出现上升迹象——就在今年的3月份,这里才刚刚发生首次日冕物质抛射事件(CME)。

  日本空间局所属“日出”太阳观测卫星的数据同样显示太阳南北两半球之间存在的这种差异性。一个日本科研小组报告了“日出”探测卫星的结果。日本理化学研究所的科学家组成的一个团队已于近期向《天体物理学杂志》递交一份论文供发表。这一日本科学家小组借助“日出”探测器,从2008年9月份开始每隔一个月对太阳极区磁场进行观测研究。

  早期的磁场观测显示这里存在集中的强大磁场,极性几乎均为负。而近期获取的磁场观测图上,情况则大有不同。不仅仅是磁场的规模更小强度减弱,同时可以观测到出现了很多极性为正的磁场部分。当初指向北极的强烈负极性磁场,现在已经变成了微弱的混合极性磁场,并将逐渐转变为中性(太阳极大时),该小组预计这一时机将在未来一个月内到来。

  瑟坦说:“这是我们首次获得这种磁场倒转的直接观测数据。这对于我们理解太阳磁场究竟为何能导致出现太阳活动周期现象至关重要。”

  泰德·塔贝尔(Ted Tarbell)来自美国洛克希德·马丁公司,他是“日出”号探测器太阳光学望远镜设备的首席科学家。他指出,此次直接测量数据显示了太阳磁极倒转的进展,并揭示出2008年开始出现的初期端倪。

  有关太阳磁极倒转的经典模型认为太阳表面的活动区会沿着太阳赤道运动,并且这些活动区的极性几乎总是和它们所在的太阳半球极区极性相反。随着这种转动,这些活动区的边缘逐渐向高纬度极区移动,最终取代极区原有的极性,让正极性变成负极性,反之亦然。如此周而复始,出现太阳磁极倒转的周期性变化。而“日出”探测器的数据显示北磁极在这种转换过程到来之前便已经开始出现变化。塔贝尔说:“这是依据日出探测器数据产生的论文中最让我感兴趣的地方之一。为何太阳的磁极转变会如此早的到来?”

  塔贝尔认为这些都说明目前的太阳模型需要重新审视。当我们有了更新更好的数据之后,我们当然要对现有的模型进行相应的修正。大卫·哈撒韦(David Hathaway)是美国宇航局马歇尔空间飞行中心的太阳科学家,同时也是那篇有关太阳微波波段磁场观测论文的合著者。他指出,认为太阳的活动周期中存在不对称性并非一个新的观点。

  其它研究人员最近所做的研究工作更加偏向于对于这种不对称特性表现的观测,举例来说,他们发现在太阳北半球观测到比南半球数量更多的太阳黑子。哈撒韦说:“然而大多数主流的太阳模型却无法包含这种不对称性。尽管更加复杂,将这种不对称性包括进去的模型也存在,但是这些模型在其它方面同样存在某些和观测事实相悖的地方。”

  对这些差异进行持续的研究,使用最好的观测手段和最新的观测技术,这些努力都将帮助我们加深对太阳,太阳的11年活动周期以及其表面发生的大规模爆发现象的理解。科学家们也将继续对这一轮的太阳活动周期,即第24活动周期进行严密监测,因为太阳北磁极出现早于预期的磁极倒转迹象或许是预示着这一轮太阳活动周期是一次较为微弱极大期,因为监测显示日面上的黑子数量和其它太阳活动现象的数量相对较少。(晨风)

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