太阳活动周期

太阳活动周期（solarcycle），或称为太阳磁活动周期（solarmagneticactivitycycle），是太阳黑子数及其他现象的准周期变化，大约11年为一个周期。它会引起空气中、地面上一些物质的变化，甚至可能改变气候。通过计算可见的太阳黑子出现的频率和位置，这个周期可以被观测出。

中文名：太阳活动周期

外文名：solarcycle

又称：太阳磁活动周期

拼音：taiyanghuodongzhouqi

解释：

周期时长：大约11年为一个周期

1、观测要素

太阳黑子

在太阳的光球层上发生的一种太阳活动，太阳活动的基本标志。

光斑

太阳光球边缘出现的明亮组织，向外延伸到色球就是谱斑。光斑一般环绕着黑子，与黑子有密切的关系。

谱斑

太阳光球层上比周围更明亮的斑状组织。

蒙德蝴蝶图

太阳风

太阳风形成的带电粒子流。造成了地球上的极光太阳风是从恒星上层大气射出的超声速等离子体带电粒子流。在不是太阳的情况下，这种带电粒子流也常称为“恒星风”。太阳风是一种连续存在，来自太阳并以200-800km/s的速度运动的等离子体流。这种物质虽然与地球上的空气不同，不是由气体的分子组成，而是由更简单的比原子还小一个层次的基本粒子——质子和电子等组成，但它们流动时所产生的效应与空气流动十分相似，所以称它为太阳风。

耀斑

：发出的强大的短波辐射，会造成地球电离层的急剧变化。对人类的影响很大。造成短波通讯中断。

太阳

日珥

：在日全食时，太阳的周围镶着一个红色的环圈，上面跳动着鲜红的火舌，这种火舌状物体就叫做日珥。日珥是在太阳的色球层上产生的一种非常强烈的太阳活动，是太阳活动的标志之一。日珥是通常发生在色球层的，它像是太阳面的“耳环"一样。大的日珥高于日面几十万千米，还有无数被称为针状体的高温等离子小日珥，针状体高9000多千米，宽约1000千米，平均寿命5分钟

2、发现历程

早期观察

1843年，塞瑟尔·海因里希·施瓦布【SamuelHeinrichSchwabe(1789–1875)】发现了太阳活动周期。

因为按照牛顿力学理论，水星近日点的进动表明水星轨道之内应该还存在一颗行星，天文学家把这颗行星命名为祝融星（Vulcan）。由于祝融星距离太阳非常近，找到它异乎寻常地困难。施瓦布认为，只有在祝融星从太阳前面经过时才能观测到它。从1826年到1843年，施瓦布每天仔细观察看太阳表面，记录太阳上的黑子数，经过17年间的长期艰辛观测，他整理了观测资料，于1843年发表了一篇题为《1843年间的太阳观测》的论文，文章指出：“太阳的年平均黑子数具有周期性的变化，变化的周期约十年”。

塞瑟尔·海因里希·施瓦布

时任伯尔尼天文台台长的鲁道夫·沃尔夫【RudolfWolf(1816–1893)】，读了施瓦布的论文后，开始用望远镜观测太阳黑子。除进行观测以外，他还搜集整理了此前的太阳黑子观测资料，其中包括伽利略及其同时代观测者留下的。经过整理，可供研究使用的每日太阳黑子数记录可推前至1749年，年平均值资料可推前至1610年。沃尔夫在搜集整理太阳黑子数观测资料的过程中，为使不同观测台站以及不同人的太阳黑子观测资料具有可比性，于1848年提出了太阳黑子相对数的概念。

鲁道夫·沃尔夫

沃尔夫经过几年的仔细观测和精心的资料整理，返现太阳黑子数变化周期平均为11.1年。观测到的最短黑子周期为9年，最长黑子周期为14年。不同周期之间和字数的变化也非常明显。到1852年他还发现地磁活动和极光与太阳活动有关。沃尔夫提出将太阳黑子数从一个极小到另一个极小之间的事件定为一个周期，并将1755年之1766年的周期定为第一个太阳活动周。根据连续的观测记录推算下来，2008是第24个太阳活动周。

卡林顿太阳活动周的发现

英国天文学家理查德·卡林顿【RichardChristopherCarrington(1826–1875)】从1852年开始，白天观测太阳，夜晚观测星星，夜以继日勤奋工作。他精确确定了太阳自转轴；发现了太阳的较差自转现象；首次发现了太阳耀斑现象；同斯波勒分别独立发现了，太阳黑子随太阳活动周发展出现为止逐渐向赤道迁移的规律，后来太阳活动周被称为卡林顿太阳活动周。

斯波勒定律

跟卡林顿分别同时进行太阳黑子周期规律研究的德国天文学家斯波勒【GustavSpoerer(1822–1895)】，经过长期艰苦细致的观测发现，在新的太阳活动周开始时，黑子群出现的位置分别在南北半球纬度30°附近，随着太阳活动周的进展，黑子群出现的纬度位置逐渐向赤道靠近。在太阳活动极大年附近，黑子群一般出现在15°附近。在太阳活动周的末尾，黑子群一般出现在8°附近。在每个太阳活动周即将结束时，新周期的黑子群已开始在高纬度出现，旧太阳活动周的黑子群仍在低纬度出现。新周期和旧周期黑子群同时出现的局面大约可持续一年左右的时间。太阳黑子出现纬度位置随太阳活动周发展而变化的规律，称为斯波勒定律。

蒙德蝴蝶图的提出

英国天文学家爱德华·瓦尔特·蒙德【EdwardWalterMaunder(1851–1928)】和他的第二任妻子安妮·蒙德【AnnieMaunder】经过二十多年的精心观测，1904年将观测数据绘制成图，以时间为横坐标，以黑子群出现的纬度为纵坐标，得到了能够形象展示斯波勒定律的“蒙德蝴蝶图”。多个太阳活动周的黑子群出现位置分布的变化就像一队展翅飞翔的蝴蝶。

爱德华·瓦尔特·蒙德

海尔定律

美国著名天文学家乔治·海尔【GeorgeElleryHale(1868-1938)】利用自己研制的太阳单色光照相仪首次测得了太阳黑子的磁场。黑子经常成对出现，并随着太阳自东向西自转，习惯上将西边的称为前导黑子，东变的称为后随黑子，海尔发现它们的磁场极性总是相反的，所以又称为双极黑子。经过了十多年的观测后，海尔又发现在同一个11年太阳活动周期内，太阳南半球或北半球同一个半球中，所有双极黑子的磁场极性分布都相同。而太阳南北两个半球前导、后随黑子的磁场极性分布相反。而且当下一个11年活动周来临后，太阳南北两个半球的双极黑子的磁场极性发生对换。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，这就是所谓的太阳活动的海尔定律。

乔治·海尔

美国天文学家巴布科克父子经过几十年的观测研究，发现在太阳黑子以外的区域也存在着磁场。这种磁场同黑子磁场相比很小，分布于整个太阳表面，近似是个双极磁场，像一个大磁铁。在太阳活动周极大年份，两极区域的弱磁场极性发生改变。另外他们还发现日面上大多数双极黑子群的正负磁场通量大致平衡。黑子磁场主要依靠扩散减弱，存在前导部分向赤道后随部分以及向极区扩散的倾向。基于这两个观测事实，巴布科克父子认为，太阳活动周起源于太阳偶极子磁场与太阳较差自转的相互作用，被拉伸的沿着赤道方向的磁场浮现为双极黑子，黑子磁场因扩散和对消而减弱，成为太阳偶极弱磁场，周而复始形成太阳活动周。

3、产生原因

观点

尽管人们已经知道太阳活动的周期大约是11年，但是什么驾驭着这个不停蹄的模式，依然是个未解之谜。比较能获得认同的观点有：

1．太阳惯性的运动

2．太阳喷射流的“扭转振荡”。

观点解析

位于科罗拉多州的美国国家大气研究中心的高地平唯独天文台的研究人员认为：关键就在于拖曳着极大部分的磁场一起在太阳的赤道和两极间循环的气流。

跟地球一样，太阳也有南北磁极，尽管其磁场强度要比地球强数百倍。早在1908年，美国天体物理学家G·海尔的观测就表明，太阳黑子的磁场还要强3000倍左右，这种磁场的集中式由太阳旋转的方式所引起的。太阳不是一个坚硬的球，而是一个等离子体——气体原子在高温电离成带负电的电子和带正电的离子的球。这就是的太阳的不同唯独以不同的速度旋转。例如，赤道完成一次旋转需要26天，而靠近两极的地区需时要长若干天。

太阳结构图

等离子体中移动的电荷会产生磁场，恰似电流流过电线一样。差动旋转会造成磁场的畸变，最终引起磁力线自相缠绕。在深入表面内部20万公里、称做辐射圈的太阳内层与称做对流圈的周围层之间的界线处，此种作用最为强烈。

部分盘绕着的磁场会散开，使磁场的环像充满谁的胶皮管穿过太阳内部飘起来。磁环穿透太阳外壳（光球层）的两处便形成太阳黑子。

4、对地球的影响

对人类生活的影响

随着太阳活动周的到来，太阳活动将逐渐增加，太阳耀斑和日冕无知抛射发生的次数将越来越多，高能带电粒子和强烈的电磁辐射不断袭击地球空间进而影响地球空间环境，干扰地球磁场和高空电离层，从而会使得短波无线通讯信号中断，军用，民用航空通信，全球定位系统信号，甚至手机和银行自动取款机都有可能受到干扰，影响人们的正常生活和生产活动。

太阳活动

在太空运行的人造卫星、飞行器、宇宙飞船和高空飞行的飞机，受到来自太阳的高能带电粒子的袭击，会造成有些零部件损坏导致整个设备系统不能正常工作。乘坐在飞机和飞行器上的飞行员和宇航员的身体也会受到来自太阳的高能带电粒子伤害。受太阳活动影响的还有长距离的高压输电系统和输油管道。

对地球气候的影响

通过在太阳活动周期与地球全球气候之间建立起的重要关联，美国国家大气研究中心科学家领导的一项科学研究发现，太阳活动的高峰期和活动的余波能够影响地球，导致地球太平洋热带出现类似拉尼娜和厄尔尼诺的现象。

太阳黑子的活动周期为11年，在整个周期中，太阳到达地球的总能量变化仅为0.1%。数10年来，科学家一直在试图将抵达地球的太阳能量的变化与地球的自然天气和气候变化关联起来，同时将太阳能量变化对地球气候的影响与人类活动对气候的影响区别开来。

美国国家大气研究中心科学家吉罗德·米尔认为，他们的研究所建立的新机制能帮助了解太阳活动高峰时对太平洋热带地区的影响。事实上，太阳释放的能量处于峰值时，它对热带地区的降雨量和世界许多地区的天气体系具有微妙但长远的影响。

研究表明，在太阳活动高峰期，太阳加热上空无云的太平洋地区导致海水蒸发加剧，从而增强了热带降雨和刮风，同时导致东太平洋降温。虽然1华氏度至2华氏度的降温发生在东太平洋较远的地区，但是上述海水蒸发、降雨刮风和降温等一系列情况产生的结果类同于出现了一次拉尼娜现象，只是其强度只有典型的拉尼娜现象的一半。

此外，在类同于拉尼娜现象发生后一年至两年间，随着缓慢移动的海流用较暖和的海水取代东热带太平洋的冷水，由太阳活动高峰引起的类拉尼娜现象将演变成类厄尔尼诺现象。同样，海洋产生的反应强度也只有典型厄尔尼诺现象的50%。

真正的拉尼娜现象和厄尔尼诺现象与东太平洋海水表面的温度变化相关，这两种现象均能影响全球的天气分布状态。米尔表示，厄尔尼诺现象和拉尼娜现象似乎具有相异的机制，但是太阳活动高峰本身便可引发较弱的拉尼娜现象。如果体系的走向是出现拉尼娜现象，那么它将有望是一次更大的拉尼娜。