誰是太陽活動的“幕后推手”

本報記者 劉園園

黑子,、耀斑,、日冕物質(zhì)拋射……太陽以各種不同的方式展現(xiàn)著自身強大的能量，你可知道——

說起地球磁場,，我們立即會想到一幅典型畫面：一根根規(guī)則的磁力線連著南極和北極,，像個圓形的籠子把地球罩在里面。

但是,，太陽磁場可就大不同了。

前不久,，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授劉睿等人在《自然,？通訊》雜志上發(fā)表論文，揭示了“太陽磁繩”的結(jié)構(gòu)和形成過程,。

太陽磁繩聽起來有點陌生,，其實它是由一組螺旋形的磁力線組成。如果你看一張?zhí)柎帕€的示意圖,，會發(fā)現(xiàn)這些磁力線亂七八糟,，極不規(guī)則。而這正與太陽磁場的特點有關(guān),。

磁場：太陽活動的源動力

“磁場是引起太陽活動的一個根本原因,，可以說,，太陽上所有的活動都是磁活動?！鄙钲谑刑煳呐_鄭建川博士介紹,。

太陽物質(zhì)是等離子體，整個太陽就是一個等離子體球,。鄭建川說,，這些等離子體會和太陽內(nèi)部產(chǎn)生的磁場相互作用，呈現(xiàn)不同的運動形式,。磁場越強,，運動越劇烈。

所以,，太陽磁場是黑子,、耀斑、日冕物質(zhì)拋射等各種太陽爆發(fā)活動的幕后推手,。用中科院國家天文臺張枚研究員的話說,，科學(xué)家一般認(rèn)為太陽風(fēng)暴的驅(qū)動能量都來源于太陽磁場。

“黑子就是太陽磁場的一種體現(xiàn)形式,?！?鄭建川介紹，科研人員觀測到有太陽黑子的地方,，往往磁場強大,，能夠達(dá)到千高斯量級。而地球磁場不過幾高斯而已,，也就是說,，太陽磁場強度是地球磁場的上千倍。

科研人員可以在太陽的光球?qū)佑^測黑子,，而耀斑和日冕物質(zhì)拋射則出現(xiàn)在日冕層,。當(dāng)太陽的能量聚集到一定程度，就會出現(xiàn)局部突然增亮,，即耀斑,。然后高能粒子會從日冕層拋射出來，也就是出現(xiàn)日冕物質(zhì)拋射,。

“耀斑和日冕物質(zhì)拋射等,，主要是太陽上的磁能轉(zhuǎn)化為熱能和高能粒子的動能?！编嵔ùㄕf,。

太陽磁場活動與人類的生產(chǎn)生活息息相關(guān)。

鄭建川舉例說,，太陽磁場活動引發(fā)的耀斑,、日冕物質(zhì)拋射等太陽劇烈活動,，會向宇宙空間拋射大量高能粒子。人類宇航員如果在此期間從太空飛船上出艙工作,，會出現(xiàn)生命危險,。

而且這些高能粒子還會對地球上的電力、通訊造成巨大干擾,。1989年的太陽耀斑爆發(fā)事件,，就曾導(dǎo)致加拿大大范圍的電網(wǎng)癱瘓。

磁繩：研究太陽磁場的重要線索

作為太陽磁場的重要體現(xiàn)形式,，黑子往往在太陽的南北半球成對出現(xiàn),。其中一個黑子的磁力線從日面指向太陽之外，這是磁場的正極,，另外一個黑子的磁力線從日面指向日心,，代表磁場的負(fù)極。

一個完整的太陽黑子包含本影和半影,。本影就是黑子最黑和最中心的地方,。本影之外，不那么黑,，并有一些纖維的結(jié)構(gòu)叫做半影,。

“本影區(qū)域，它的磁力線方向也就是磁場的方向基本是垂直于日面的,?！编嵔ùń榻B，在半影區(qū)域,，越是靠近黑子邊緣,，磁力線就越傾斜。到最邊緣的地方,，幾乎與日面平行,。

太陽上到處都有磁場，只要存在黑子活動區(qū),，就會看到磁力線的進進出出,，如此一來，就會看到太陽上的磁力線雜亂無章地分布于整個日面上,。

太陽中的等離子體劇烈運動，磁場也十分活躍,。因此這些磁力線并不會乖乖靜止在太陽表面,。而是會像繩子一樣一束一束地扭纏在一起，這就是所謂的“太陽磁繩”,。

鄭建川介紹,，太陽磁繩扭纏在一起,，能量聚集到一個臨界點后，就會把磁場的能量轉(zhuǎn)化為熱能或動能,，出現(xiàn)太陽爆發(fā)活動比如耀斑或日冕物質(zhì)拋射,。

而磁繩扭纏方式的不同，或者運動方式的不同,，太陽爆發(fā)活動的級別或形式也會有所不同,。因此，太陽磁繩就會成為研究太陽磁場的重要線索,。

另外,，太陽磁繩或許還可以用來解釋太陽上的磁重聯(lián)現(xiàn)象。所謂磁重聯(lián),，就是太陽表面的磁力線會出現(xiàn)斷開,，之后又重新聯(lián)上的現(xiàn)象。

磁極：每11年反轉(zhuǎn)一次

通過研究黑子,，科研人員獲悉了太陽磁場的很多特征,。

鄭建川介紹，黑子并不是均勻分布在太陽表面,，它們在靠近赤道的區(qū)域比較密集,，越往高緯度越少，整體出現(xiàn)在太陽的南緯60,？到北緯60,？之間。

而且,，太陽上的磁極每隔11年就會出現(xiàn)一次反轉(zhuǎn),。“這11年內(nèi),，太陽活動也會出現(xiàn)變化,，也就是有太陽活動峰年和谷年。峰年太陽活動最頻繁,，谷年則太陽活動最少,。”鄭建川說,。

如果以時間為橫軸,，以太陽的南北緯度為縱軸，畫出太陽上黑子的分布,，就會發(fā)現(xiàn)每個11年內(nèi),，黑子都是剛開始比較少，慢慢增多，然后再減少,。另外,，無論是太陽的南半球，還是北半球,，黑子活動區(qū)域都會逐漸從高緯度向赤道靠近,。這樣太陽上的黑子活動區(qū)形成了蝴蝶圖案，每隔11年就會出現(xiàn)一只“蝴蝶”,。

“這兩年太陽活動比較少,，正處于太陽活動的谷年，整個日面的黑子數(shù)量都很少,?！编嵔ùㄕf，而2013年和2014年是太陽活動的峰年,，太陽活動相對比較劇烈,。

至于為什么太陽磁場每隔11年就會反轉(zhuǎn)一次，又要談到解釋太陽磁場的“發(fā)電機理論”,。

鄭建川介紹,，太陽“發(fā)電機理論”認(rèn)為，太陽磁場是在對流區(qū)底部產(chǎn)生,，由于太陽的較差自轉(zhuǎn)和磁浮力的作用,，磁場浮現(xiàn)在太陽表面形成黑子區(qū)域。隨著活動區(qū)的演化,，在子午環(huán)流的作用下,，后隨黑子磁場逐漸被輸運到極區(qū)之后又沉入太陽內(nèi)部，進入下一個活動周,，實現(xiàn)磁極性反轉(zhuǎn),。

磁場來源：仍是未解之謎

鄭建川告訴記者，目前對于太陽磁場的研究,，主要有理論和觀測兩種方式,，對太陽磁場的觀測已經(jīng)涵蓋各個波段。關(guān)于太陽磁場,，還有很多未解之謎有待揭開,。

比如，太陽磁場到底是如何產(chǎn)生的,？

“雖然有太陽磁場‘發(fā)電機理論’對此進行解釋,，但是對太陽的觀測主要停留在太陽表面，然后通過模擬,、計算來推測內(nèi)部的情況,?！编嵔ùㄕf,，比如太陽磁場每隔11年就會反轉(zhuǎn),，說明太陽磁活動周期為22年，這可以通過觀測直接得到,，但是為什么會有22年的周期還有待進一步研究,。

另外，科研人員還十分感興趣的問題是,，太陽表面的溫度是6000多攝氏度,，但是日冕的溫度卻是幾百萬攝氏度。太陽的能量來自太陽的核心,，既然太陽的表面使6000多攝氏度,，為何更靠外的日冕卻突然增高如此之多？這也是一個有待回答的問題,。

“科學(xué)家一般認(rèn)為,，大部分恒星都是有磁場的?！睆埫陡嬖V記者,，通過研究太陽磁場，科研人員可以推測其他恒星的磁場情況,。