誰(shuí)是太陽(yáng)活動(dòng)的“幕后推手”

本報(bào)記者 劉園園

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

說(shuō)起地球磁場(chǎng),，我們立即會(huì)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(gè)圓形的籠子把地球罩在里面。

但是,，太陽(yáng)磁場(chǎng)可就大不同了,。

前不久，中國(guó)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(yáng)磁繩”的結(jié)構(gòu)和形成過(guò)程。

太陽(yáng)磁繩聽(tīng)起來(lái)有點(diǎn)陌生,，其實(shí)它是由一組螺旋形的磁力線組成,。如果你看一張?zhí)?yáng)磁力線的示意圖，會(huì)發(fā)現(xiàn)這些磁力線亂七八糟,，極不規(guī)則,。而這正與太陽(yáng)磁場(chǎng)的特點(diǎn)有關(guān)。

磁場(chǎng)：太陽(yáng)活動(dòng)的源動(dòng)力

“磁場(chǎng)是引起太陽(yáng)活動(dòng)的一個(gè)根本原因,，可以說(shuō),，太陽(yáng)上所有的活動(dòng)都是磁活動(dòng)?！鄙钲谑刑煳呐_(tái)鄭建川博士介紹,。

太陽(yáng)物質(zhì)是等離子體，整個(gè)太陽(yáng)就是一個(gè)等離子體球,。鄭建川說(shuō),，這些等離子體會(huì)和太陽(yáng)內(nèi)部產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互作用，呈現(xiàn)不同的運(yùn)動(dòng)形式,。磁場(chǎng)越強(qiáng),，運(yùn)動(dòng)越劇烈。

所以,，太陽(yáng)磁場(chǎng)是黑子,、耀斑、日冕物質(zhì)拋射等各種太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)的幕后推手,。用中科院國(guó)家天文臺(tái)張枚研究員的話說(shuō),，科學(xué)家一般認(rèn)為太陽(yáng)風(fēng)暴的驅(qū)動(dòng)能量都來(lái)源于太陽(yáng)磁場(chǎng)。

“黑子就是太陽(yáng)磁場(chǎng)的一種體現(xiàn)形式,?！?鄭建川介紹，科研人員觀測(cè)到有太陽(yáng)黑子的地方,，往往磁場(chǎng)強(qiáng)大,，能夠達(dá)到千高斯量級(jí)。而地球磁場(chǎng)不過(guò)幾高斯而已，也就是說(shuō),，太陽(yáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度是地球磁場(chǎng)的上千倍,。

科研人員可以在太陽(yáng)的光球?qū)佑^測(cè)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(yáng)的能量聚集到一定程度，就會(huì)出現(xiàn)局部突然增亮,，即耀斑,。然后高能粒子會(huì)從日冕層拋射出來(lái)，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(yáng)上的磁能轉(zhuǎn)化為熱能和高能粒子的動(dòng)能?！编嵔ùㄕf(shuō),。

太陽(yáng)磁場(chǎng)活動(dòng)與人類的生產(chǎn)生活息息相關(guān)。

鄭建川舉例說(shuō),，太陽(yáng)磁場(chǎng)活動(dòng)引發(fā)的耀斑,、日冕物質(zhì)拋射等太陽(yáng)劇烈活動(dòng)，會(huì)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(huì)出現(xiàn)生命危險(xiǎn)。

而且這些高能粒子還會(huì)對(duì)地球上的電力,、通訊造成巨大干擾,。1989年的太陽(yáng)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(yáng)磁場(chǎng)的重要線索

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

一個(gè)完整的太陽(yáng)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(chǎng)的方向基本是垂直于日面的,。”鄭建川介紹，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(yáng)上到處都有磁場(chǎng)，只要存在黑子活動(dòng)區(qū),，就會(huì)看到磁力線的進(jìn)進(jìn)出出,，如此一來(lái)，就會(huì)看到太陽(yáng)上的磁力線雜亂無(wú)章地分布于整個(gè)日面上,。

太陽(yáng)中的等離子體劇烈運(yùn)動(dòng),，磁場(chǎng)也十分活躍。因此這些磁力線并不會(huì)乖乖靜止在太陽(yáng)表面,。而是會(huì)像繩子一樣一束一束地扭纏在一起,，這就是所謂的“太陽(yáng)磁繩”。

鄭建川介紹,，太陽(yáng)磁繩扭纏在一起,，能量聚集到一個(gè)臨界點(diǎn)后，就會(huì)把磁場(chǎng)的能量轉(zhuǎn)化為熱能或動(dòng)能,，出現(xiàn)太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)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(yùn)動(dòng)方式的不同,，太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)的級(jí)別或形式也會(huì)有所不同,。因此，太陽(yáng)磁繩就會(huì)成為研究太陽(yáng)磁場(chǎng)的重要線索,。

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

磁極：每11年反轉(zhuǎn)一次

通過(guò)研究黑子,，科研人員獲悉了太陽(yáng)磁場(chǎng)的很多特征,。

鄭建川介紹，黑子并不是均勻分布在太陽(yáng)表面,，它們?cè)诳拷嗟赖膮^(qū)域比較密集,，越往高緯度越少，整體出現(xiàn)在太陽(yáng)的南緯60,？到北緯60,？之間。

而且，太陽(yáng)上的磁極每隔11年就會(huì)出現(xiàn)一次反轉(zhuǎn),?！斑@11年內(nèi)，太陽(yáng)活動(dòng)也會(huì)出現(xiàn)變化,，也就是有太陽(yáng)活動(dòng)峰年和谷年,。峰年太陽(yáng)活動(dòng)最頻繁，谷年則太陽(yáng)活動(dòng)最少,?！编嵔ùㄕf(shuō)。

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

“這兩年太陽(yáng)活動(dòng)比較少，正處于太陽(yáng)活動(dòng)的谷年,，整個(gè)日面的黑子數(shù)量都很少,。”鄭建川說(shuō),，而2013年和2014年是太陽(yáng)活動(dòng)的峰年,，太陽(yáng)活動(dòng)相對(duì)比較劇烈。

至于為什么太陽(yáng)磁場(chǎng)每隔11年就會(huì)反轉(zhuǎn)一次,，又要談到解釋太陽(yáng)磁場(chǎng)的“發(fā)電機(jī)理論”,。

鄭建川介紹，太陽(yáng)“發(fā)電機(jī)理論”認(rèn)為,，太陽(yáng)磁場(chǎng)是在對(duì)流區(qū)底部產(chǎn)生,，由于太陽(yáng)的較差自轉(zhuǎn)和磁浮力的作用，磁場(chǎng)浮現(xiàn)在太陽(yáng)表面形成黑子區(qū)域,。隨著活動(dòng)區(qū)的演化,，在子午環(huán)流的作用下，后隨黑子磁場(chǎng)逐漸被輸運(yùn)到極區(qū)之后又沉入太陽(yáng)內(nèi)部，進(jìn)入下一個(gè)活動(dòng)周,，實(shí)現(xiàn)磁極性反轉(zhuǎn),。

磁場(chǎng)來(lái)源：仍是未解之謎

鄭建川告訴記者，目前對(duì)于太陽(yáng)磁場(chǎng)的研究,，主要有理論和觀測(cè)兩種方式,，對(duì)太陽(yáng)磁場(chǎng)的觀測(cè)已經(jīng)涵蓋各個(gè)波段。關(guān)于太陽(yáng)磁場(chǎng),，還有很多未解之謎有待揭開(kāi),。

比如，太陽(yáng)磁場(chǎng)到底是如何產(chǎn)生的,？

“雖然有太陽(yáng)磁場(chǎng)‘發(fā)電機(jī)理論’對(duì)此進(jìn)行解釋,，但是對(duì)太陽(yáng)的觀測(cè)主要停留在太陽(yáng)表面，然后通過(guò)模擬,、計(jì)算來(lái)推測(cè)內(nèi)部的情況,。”鄭建川說(shuō),，比如太陽(yáng)磁場(chǎng)每隔11年就會(huì)反轉(zhuǎn),，說(shuō)明太陽(yáng)磁活動(dòng)周期為22年，這可以通過(guò)觀測(cè)直接得到,，但是為什么會(huì)有22年的周期還有待進(jìn)一步研究,。

另外，科研人員還十分感興趣的問(wèn)題是,，太陽(yáng)表面的溫度是6000多攝氏度,，但是日冕的溫度卻是幾百萬(wàn)攝氏度。太陽(yáng)的能量來(lái)自太陽(yáng)的核心,，既然太陽(yáng)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(gè)有待回答的問(wèn)題,。

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