太阳正在发生一些奇怪的事情。
到目前为止，2022 年几乎每天都会爆发耀斑和日冕物质抛射，其中一些是最强烈的喷发我们的明星有能力。
就其本身而言，爆发的太阳并不奇怪。它会定期喷发，并经历活跃期和活跃期，周期大约持续 11 年。
目前的活跃度明显高于NASA 和 NOAA 的官方预测对于当前的太阳周期来说，早在 2020 年 9 月，太阳活动就一直超出预测。但太阳科学家会告诉你，即使这样也没什么奇怪的。
“我们无法可靠地预测太阳周期，”澳大利亚悉尼大学的太阳天体物理学家迈克尔·惠特兰告诉 ScienceAlert。
“我们并不完全了解太阳发电机，它产生在表面被视为太阳黑子的磁场，并产生耀斑。这是天体物理学中的突出问题之一；预测的不准确并不令人惊讶。”
当然，这并不奇怪。但是，如果这种缺乏惊喜的情况——我们预计太阳活动周期的预测会很糟糕——意味着我们需要彻底重新思考如何做到这一点呢？如果我们的预测基于错误的指标怎么办？
11岁至22岁
太阳周期对太阳系有着巨大的影响，但人们对它的了解却相对较少。科学家们已经确定，它们似乎与太阳磁场有着千丝万缕的联系，太阳磁场以扭曲、漩涡和环形的方式穿过太阳表面。
大约每 11 年，太阳的磁极就会翻转一次，北变为南，反之亦然。这一转变与所谓的太阳活动极大期重合，其特征是太阳黑子、耀斑和日冕物质抛射（CME）活动达到峰值。
2014 年 10 月的太阳图像显示了太阳黑子如何呈带状出现。 (美国宇航局/太空发展办公室）
在这种逆转之后，活动减少，然后再次达到顶峰。这就是我们现在所处的阶段——当前周期的升级阶段，自我们开始计数以来已进入第 25 个阶段。
活动周期的特征和预测基于一个指标：太阳上看到的黑子数量。这些是磁场特别强的临时区域，有利于耀斑和日冕物质抛射的爆发。它们看起来像黑点，因为磁场抑制了热等离子体的流动，并且这些区域随后比周围环境更冷、更暗。
美国国家大气研究中心的太阳物理学家斯科特·麦金托什表示，根据太阳黑子的数量来预测太阳周期是一个问题。
“太阳黑子周期不是主要的事情。这是次要的事情，”他告诉 ScienceAlert。 “经典的书写方式、教科书的书写方式、太阳活动的呈现方式，都被描绘成主要的。
“问题是事实并非如此，底层的海尔周期，即 22 年磁周期，才是主要的。而太阳黑子周期只是这个更大图景的一个很小的子集。”
黑尔周期是由美国天文学家乔治·埃勒里·黑尔于 20 世纪初发现的。它由两个 11 年的太阳黑子周期组成——两极交换两次，从而回到原来位置所需的时间。
与 11 年周期相反，在许多现象中都观察到了霍尔周期。这些是太阳黑子和太阳磁极不断变化的磁极性，以及地球上银河宇宙射线的强度。
太阳活动使宇宙射线更难到达地球，但奇数和偶数太阳周期具有不同的宇宙辐射波形。这归因于太阳磁场的极性。
解释太阳黑子
重要的是要明白我们对发生的事情并没有真正的了解里面太阳。人们认为，太阳磁场是由恒星内部的发电机产生的，这是一种旋转、对流和导电的流体，它将动能转化为磁能，将磁场旋转到太阳周围的空间中。
如果是这样，是什么导致了太阳黑子？嗯，根据目前的模型，它们与太阳的自转有关。太阳赤道比两极旋转得更快。如果纵向延伸的直线磁力线随着这种旋转而被拖动，它们就会被拉伸并最终缠结在一起，产生临时的、局部的强磁场区域或太阳黑子。
麦金托什认为，这是基于磁场是被动的。
“太阳内部有一个非常复杂的系统。像所有物理系统一样，我们进行简化或近似，以尝试理解正在发生的事情，”他解释道。
“大约 60 年前，他们用磁场做了一个近似——与太阳上的流体相比，磁场很小。因此，当太阳像我们的星球一样循环时，自转会驱动循环，从而加热大气层驱动循环，随着所有这些循环的进行，磁场只会随着循环而被拖曳。”
显示这种效果的动画与太阳黑子的观测数据非常吻合，初始磁场出现在纬度约 30 度处。但是，根据麦金托什和他的同事的说法，这是因为该模型的创建就是为了准确解释这一点，而且仅解释这一点。
还有另一种解释：太阳黑子是一种干涉图案，由重叠的海尔周期磁场产生。
麦金托什和同事在 2011 年首次注意到太阳黑子数据中出现的一种模式，即所谓的重叠蝴蝶图。这些图表按纬度随时间绘制太阳黑子的出现情况。
动画展示了当新波出现时，表现为太阳黑子的相反偏振波如何在赤道终止。 （斯科特·麦金托什/NCAR）
一旦发现这一点，研究人员就尽可能多地寻找并研究太阳黑子的历史数据，一直追溯到1860年代。
他们发现这种重叠继续出现。在一个太阳黑子周期即将结束时，随着太阳黑子越来越接近赤道，可以在中纬度地区观察到下一周期太阳黑子的出现。
研究人员发现，这些表明相反极化的磁活动带周期性地穿过太阳。它们对太阳黑子周期负有责任，但不受其驱动。此外，循环可以相互作用；当两个相反极性的周期重叠时，它们会相互干扰。
其结果是磁系统相互抑制太阳黑子的产生，并且随之而来的是太阳黑子活动最小的时期。
麦金托什告诉 ScienceAlert：“太阳黑子周期是这些较大磁周期之间相互作用的结果。” “换句话来说，它就像一种干涉图案。磁场总是想相互抵消。”
更多数据，永远更多数据
根据“干涉模式”的发现，麦金托什和他的团队得出了对当前太阳周期的预测，这些预测比官方预测（基于太阳黑子计数的预测）更符合当前的观测结果。
太阳周期预测，根据观测结果绘制。 （C.莫斯特尔，helioforecast.space/solarcycle）
然而，现阶段这一切都还只是理论上的。
例如，我们仍然不知道是什么驱动了太阳上的磁活动带；研究人员认为这可能是重力波，但目前我们没有足够的信息来判断。
“斯科特·麦金托什的想法很有趣，麦金托什/利蒙（马里兰大学戈达德行星太阳物理研究所的罗伯特·利蒙）对第 25 周期的预测比现阶段的官方预测更接近。然而，它并不是基于物理模型我怀疑它比其他基于观察的预测方法具有更强的预测能力，”惠特兰告诉 ScienceAlert。
要了解更多信息，我们需要更多数据，而获取这些数据需要时间。根据麦金托什的说法，这意味着随着新周期的形成，观察太阳的高纬度地区，即两极附近。
由于地球绕太阳赤道运行，我们通常看不到太阳两极。但欧洲航天局的太阳轨道飞行器将在新周期开始时俯冲而过。
麦金托什认为，他的团队的预测更接近太阳周期 25 的实际情况，这是有道理的。至少，该团队的想法值得仔细研究和认真调查。
他说：“大约 10 年来，我们的观点几乎都是正确的，但它并没有在科学界传播开来。”
“这个太阳周期提供了一个机会。因为我们的预测与共识小组所显示的完全相反，这意味着如果我们最终接近，那么我们真的需要重新审视恒星如何产生磁场。
“与旧的方式相比，也许它更接近我们所看到的正在发生的方式。它可能是一种混合体，是两者的某种混合。很可能是这样。”
他的团队最新的关于太阳周期的论文发表在天文学和空间科学前沿。
