[圖文]太陽活動極小期到來?科學家們早已開始關注
這是一張拍攝於2009年的太陽照片,此時太陽表面幾乎沒有顯示任何明顯的活動跡象
新聞背景
11月28日至12月9日,2011年聯合國氣候變化大會將於南非港口城市德班舉行。
儘管全球變暖被絕大多數學者所公認,但是國際上依然不乏氣候可能變冷的論調,且認為這主要歸結於太陽活動的減弱。顯然,這是對政府間氣候變化專門委員會(IPCC)關於未來溫室效應繼續加劇氣候持續變暖的觀點的挑戰。
去年10月份,英國科學家發表論文稱,太陽輻射的週期性下降,可能在北美及歐洲一些地區引發異常寒冷的冬季天氣。這個觀點發佈以來吸引了各方關注,而由此引發的學術爭論至今未休。
太陽輻射是地球大氣和海洋運動的最終能量之源,太陽活動及其異常必然會引起地球氣候變化。但人們關心的問題是:目前太陽活動到底有沒有減弱?太陽活動的過度「溫柔」,不久的將來氣候真的會變冷嗎?
中國科學院院士、世界氣候研究計畫中國委員會主席李崇銀此前表示,「目前人們對太陽活動影響氣候變化的具體過程與程度還沒有完全明瞭,有必要對此進行深入研究。」
探尋太陽活動減弱的證據
太陽活動是否確實有明顯減弱,觀測數據最有說服力。
如今已是80歲高齡的北京大學教授王紹武,一直在關注太陽活動的變化。
2010年1月19日,M級的耀斑爆發而且在隨後的24小時內接連發生4次以上的爆發,且一次比一次強烈。這預示著一個超長的太陽活動沉寂期的結束。
太陽活動約有11年的活動週期,1999年開始第23周。而第23周這個週期與前面幾個11年週期有所不同,持續時間達到12.4年,前面幾個週期大多只持續10年左右。王紹武表示,「過去凡是週期持續時間較長時,太陽活動都在減弱,而第23周較長正反映了太陽活動的減弱。」
有關太陽活動的觀測顯示,2008年8月整月太陽無黑子,到2010年3月無黑子日數達到近800天。這是1913年以來將近100年沒有觀測到的。而諸多太陽活動觀測還表明:目前的太陽活動減弱是異乎尋常的,黑子磁場減弱就是一個明證,熱層密度的下降則是另一個證據。
通過近百年反映太陽輸出能量變化的3個指數——太空太陽通量、行星際磁場強度、太陽風速,可以看出太陽活動大約從1920年進入一個太陽活躍期,一般稱為現代極大期。王紹武表示,「從1920年開始持續80多年的太陽活動現代極大期可能將結束。主要依據是1987年後各項反映太陽活動的指數均有明顯變化。」
太陽活動極小期即將到來?
既然太陽活動減弱的徵兆已經出現,那麼太陽活動在經歷「巔峰」之後是否進入「低潮」呢?對於這一問題,科學家們早已開始關注。
預測新的太陽活動極小期的到來,先要預測現代極大期何時會結束。但目前在世界範圍內,尚沒有可靠的數值模式能預測這一情況,只能用長期的記錄做一些分析。
太陽活動已經或即將回到20世紀初期的低點,這標誌著1920年以來的強太陽活動期(現代極大期)或即將結束。「未來出現極小期的可能性是存在的。」 王紹武認為,僅近千年就出現了4次太陽活動極小期。
南安普敦大學和盧瑟福·阿普爾頓實驗室教授洛克伍德曾分析說,一個新的太陽活動極小期可能要100年至200年後才會到來。不過,王紹武分析稱,「太陽活動一個極大期的結束,並不一定意味著新的極小期很快就開始。」
而從現有的科學研究看,不同的科學家對近千年太陽活動極小期的出現時間的認定分歧頗多。「如果出現一個極小期,其強度及長度是很難預測的。」在王紹武看來,這是一項極其複雜繁瑣而又有很大的挑戰性的預測研究。
太陽活動極小期到底有多冷?
研究太陽活動極大期和極小期的關鍵意義在於反映地球氣候的變化。王紹武表示,有關古氣候資料已經證明,太陽活動極小期時,地球氣溫較低。因此,一旦新的太陽活動極小期出現,寒冷氣候可能會出現。
4次太陽活動極小期內,地球氣溫均有不同程度的變化,極小期與溫度低值區相互對應。這在國內外學者、專家重建的近千年北半球溫度變化曲線中都有體現。
不僅如此,查看近千年溫度隨緯度和時間的變化可知,這4次極小期均與某個緯度的低溫相對應,當然低溫也不僅局限於極小期,但是兩者配合較為一致。
「在近千年中4個太陽活動極小期均與冷期相對應。這在北半球尤為明顯,但是在南半球有時也有明顯反映。」王紹武稱,根據各種古氣候資料建立的近千年溫度序列表明,4次太陽活動極小期的溫度比平均溫度偏低0.4至0.5攝氏度。
不過,他的這一分析「只能是初步的」。國外有學者認為太陽活動極小期的降溫可能只有0.3攝氏度,或者更低,因此不足以完全抵消溫室效應加劇造成的氣候變暖,這是值得注意的觀點。
王紹武表示,對於太陽活動現代極大期已結束,或即將進入一個新的太陽活動極小期的觀點,2013年前後即將到來的太陽活動11年週期極大後,太陽黑子數的高低有重要的指示意義,應該特別注意加強監測。
對於公眾而言,早已習慣日溫差在幾攝氏度的變化,即便是進入太陽活動極小期地球氣溫降低零點幾攝氏度或許並不算什麼。但是,王紹武稱,「地球溫度降低0.1攝氏度,意味著更多的疾病、能源消耗及一系列社會問題的增加,其影響不容小覷。」
背景資料
太陽活動週期
從1826年到1843年,德國天文愛好者塞瑟爾·海因裡希·施瓦布每天仔細觀察太陽表面,記錄太陽上的黑子數,經過17年間的長期艱辛觀測,他整理了觀測資料,於1843年發表了一篇題為《1843年間的太陽觀測》的論文,文章指出:「太陽的年平均黑子數具有週期性的變化,變化的週期約十年」。
時任伯爾尼天文台台長的魯道夫·沃爾夫讀了施瓦布的論文後,開始用望遠鏡觀測太陽黑子。除進行觀測以外,他還搜集整理了此前的太陽黑子觀測資料,其中包括伽利略及其同時代觀測者留下的資料。經過幾年的仔細觀測和精心的資料整理,沃爾夫發現太陽黑子數變化週期平均為11.1年。觀測到的最短黑子週期為9年,最長黑子週期為14年。
沃爾夫提出將太陽黑子數從一個極小到另一個極小之間的事件定為一個週期,並將1755年至1766年的週期定為第一個太陽活動周。
芒得極小期
指公元1645年至1715年期間,太陽黑子的數量很少,也恰好是地球的小冰河期。兩者是否有關聯仍然沒有定論。
1843年,德國天文學家斯玻勒在研究時發現,1645年至1715年的七十年間﹐幾乎沒有黑子記錄。1894年,英國天文學家芒得在總結斯玻勒的發現時﹐把1645年至1715年這一時期稱為太陽黑子「延長極小期」。
1976年,天文學家埃迪舊案重提,他綜合歐洲極光的記錄﹑東方肉眼所見黑子的記錄﹑樹木年輪中放射性C含量的測定結果以及早期日冕觀測記載,論述了在1645年至1715年間太陽活動的情況,認為這七十年間太陽活動異常衰微,實際上可以說是停止了,埃迪把它稱之為芒得極小期。目前,對芒得極小期究竟是否存在仍然有著較大爭議。