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太阳磁极在反转 极光将会更频繁

http://www.wlxw.cn 发布时间: 2013-12-14 04:18:26 来源: 广州日报    点击:
 
原标题:太阳磁极在反转 极光将会更频繁

  以时间为横坐标、日面纬度为纵坐标绘出的形如蝴蝶的太阳黑子群分布图(资料图片)

  远在外太空的太阳,正在进行一场对于地球人来说难以想象的巨大转变——它又开始玩“倒转”了。大约11年一次的太阳两极磁场反转,可能会在近期完成。不过不要过分担心,太阳“倒转”对我们地面上的人的负面影响是有限的,我们还可以趁机在地球两极观测到更多更美的极光。记者特邀南京大学天文与空间科学学院从事太阳物理领域研究的陈鹏飞教授,带我们领略这一有趣的天文现象。

  太阳两极磁场正在颠倒

  美国宇航局的科学家宣布,太阳最近可能会完成“倒转”动作,两极磁场发生彻底反转,这一过程已经开始,但具体在哪一天完成,科学家们也无从知晓。

  太阳大约每11年发生一次两极磁场反转。斯坦福大学的天文学教授托德·胡可斯玛接受《每日电讯报》记者采访时指出,每次太阳磁极倒转时,所形成的“涟漪效应”不但波及太阳表面,甚至会影响整个太阳系。

  有研究指出,太阳磁场倒转也会对地球的气候和云量产生影响。不过,反转过程总是发生在太阳黑子数最多的年份附近,黑子伴随着强磁场,强磁场延伸到地球附近,会为地球形成更强大的保护屏障,遮挡部分来自宇宙的射线。这对于在外太空饱受宇宙射线辐射之苦的宇航员以及在地球外运行的航天器,可能会是个好消息。

  太阳正出现罕见的两个“南极”

  陈鹏飞教授告诉记者,太阳两极磁场反转有比较稳定的准周期规律。跟太阳黑子活动周期相似,基本上稳定在每隔11年发生一次。但也有一些随机因素,会让这个时间间隔有一些变化。

  “有时会缩短到9年一次,有时也会延长到14年一次。”他说。

  那么,太阳的磁场为什么会发生反转?这个反转的过程又是怎么样进行的呢?

  陈鹏飞以这次的反转为例,解释了这个有趣的过程。“2009年是太阳黑子数极小年,从这一年年初开始,太阳就进入了新一轮的活动周期。那时,太阳的北极区磁场为‘负’(即进入太阳表面)。自2009年开始,研究人员观测到,在纬度30度附近,越来越多的黑子成对从太阳内部冒出来,两个黑子的极性正好相反。由于太阳自转的原因,黑子并不在一个纬度上,而是右边的黑子更接近赤道,左边的黑子更接近极区(著名的‘黑子蝴蝶图’就是这样得来的)。以北半球为例,大多数靠近北极区的黑子磁场为正极(即从太阳表面出来)。由于太阳表面的对流运动以及从低纬度到高纬度的子午环流的影响,正极黑子的磁场逐渐扩散到北极区,从而逐渐抵消了太阳北极区原本的负极状态,从今年初开始,太阳北极的磁极开始由负极变成正极。自2009年开始,太阳南半球的黑子和南极区的磁极正好和北半球相反,也同样在经历反转过程。但两个半球是不同步的。南极区的磁场似乎要等到2014年初才能完全反转。这就导致目前太阳上南北极区的磁场都是正的(或称N极,即从太阳表面出来),跟地球很不一样。”

  上世纪初,美国著名的天文学家乔治·海尔发现了黑子的磁场变换规律,被称为太阳活动的“海尔定律”:在同一个11年太阳活动周期内,太阳同一个半球中(南半球或北半球),几乎所有黑子对的磁场极性分布都相同,即都是同一种极性的黑子在前,另外一种极性的黑子在后,而太阳南北两个半球前导、后随黑子的磁场极性分布正好相反。而且当下一个11年活动周期来临后,太阳南北两个半球的双极黑子对的磁场极性会发生对换。

  因此,按照这个黑子磁场变换规律,太阳黑子变化一个完整的周期需要大约22年。

太阳若爆发 对地球的影响将更大

  对于大多数地球人而言,更关心的不是太阳为啥要玩“倒转”,而是这一变换对地球有没有什么直接影响。

  在陈鹏飞看来,太阳磁极对换对地球的影响并没有大家想象的那么可怕。“磁极对换只是维持太阳周期的一个部分。只是现在地球的磁感线是南出北进的,一旦太阳磁极转换结束,磁力线变成北出南进,大尺度磁场朝南,这就跟地球的方向相反。这样一来,太阳的爆发势必会对地球的影响更大些,可能会对卫星通讯、导航产生一些影响。另外,5~6年之后,在太阳黑子数极小年附近,进入地球的宇宙射线流量维持在较高水平的时间会更长一些。不过,我们在地球上能看到的最直观的现象,会是两极地区的极光变得更加频繁,规模可能也会更大一些。”

  他介绍,当太阳表面活动活跃,太阳风、日冕物质抛射频繁时,确实会冲击地球磁场,引发地磁暴,对航天器、通讯产生负面影响。但地磁暴跟太阳磁极的南北对调本身关系并不是很大,不必过分担心。

  地球磁极也可能反转

  最大危险是基因突变

  相比之下,地球如果发生磁极反转,结果可能会比较麻烦。不过,即便发生,也可能跟电影《2012》里的景象不太一样。

  陈鹏飞告诉记者:“有研究认为,地球磁极反转的间隔一般应该是30万~40万年。但地球的上一次磁极反转发生在78万年前。磁极反转之后并不可怕,但令人担忧的是反转过程中,地球磁场会不会减弱或者消失。一旦磁场消失,问题就变得严重了。来自宇宙的各种射线,正是因为有地球本身的磁场和大气的屏蔽,才不会对地球上的生物造成破坏。如果磁场消失,地球生物就如同暴露在核泄漏的辐射污染中,最大的问题是会使生物染色体基因发生突变。”

  不过,他也指出,美国的物理学家曾做过一些计算机模拟演示,认为磁极反转对地球有影响,但可能影响不会那么大。“在反转过程中,地球的磁场还可以维持,但有可能形成磁场的多极分布。届时不再只有南极和北极,比如在低纬度地区,也可能会形成新的磁极。这样的话,宇宙射线不再只是从南北两极侵入地球,在低纬度形成新磁极的地区也会有更多宇宙射线侵入,这样一来,有可能在广州或南京,我们也可以见到极光。不过,要小心的是,形成极点的地方,辐射也会比较强。”

  想象一下,如果真有那么一天,地球的磁极发生反转了,该怎么防护呢?躲到地下有用吗?“躲在地底下是能在某种程度上躲避一些辐射。但如果人类要在地面上生活的话,更有效的方法是用铅来做墙体。铅能比较有效地阻挡射线。”陈鹏飞说。

  那地球什么时候开始发生下一次的磁极反转呢?陈鹏飞回答说:“不知道。我们只能根据地球磁场过往的反转历史估算其可能性。然而,正如我们可以预测孕妇会生男还是生女的概率是各50%,但具体到某对夫妇谁也不能肯定一样,对于磁极反转的问题,我们的认识仍不够深入,它发生与否有很多不确定因素。不过,如果真的开始反转,指南针可能不再指向南边,而是会发生偏移。”

  如果有一天你观察到指南针的指向在发生变化,而你旁边又没有磁铁影响的话,恭喜你,你很可能碰到几十万年难得一遇的大事件了。 文:记者 李文

 

(来源:广州日报)

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