圖1 NOAA空間天氣預(yù)報(bào)中心發(fā)布的太陽(yáng)周期黑子數(shù)進(jìn)展

2020年9月15日，由NOAA和NASA共同主持的25個(gè)太陽(yáng)周期預(yù)報(bào)小組發(fā)布，我們現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入第25個(gè)太陽(yáng)周期中，預(yù)計(jì)2025年達(dá)到太陽(yáng)活動(dòng)峰值。第24個(gè)太陽(yáng)周期和第25個(gè)太陽(yáng)周期之間的太陽(yáng)最小值，即太陽(yáng)最不活躍的時(shí)期，發(fā)生在2019年12月， 13個(gè)月平滑的黑子數(shù)降至1.8。

圖2 太陽(yáng)最不活躍期間的太陽(yáng)活動(dòng)最小值，2019年12月15日GOES-East上的太陽(yáng)紫外線成像儀觀測(cè)到。

過(guò)去的8個(gè)月，太陽(yáng)活動(dòng)穩(wěn)步增長(zhǎng)，表明了我們已經(jīng)轉(zhuǎn)入第25個(gè)太陽(yáng)周期中。預(yù)計(jì)25太陽(yáng)周期是個(gè)相當(dāng)弱的周期，同24太陽(yáng)周期一樣的強(qiáng)度。預(yù)計(jì)2025年7月將達(dá)到太陽(yáng)最高峰，最高峰將達(dá)到115個(gè)太陽(yáng)黑子。預(yù)報(bào)小組主席、NOAA空間天氣預(yù)報(bào)中心的太陽(yáng)物理學(xué)家Doug Biesecker博士聲明，太陽(yáng)活動(dòng)上升的速度是太陽(yáng)周期強(qiáng)度的指標(biāo)，盡管今年我們已經(jīng)看到了太陽(yáng)黑子活動(dòng)在穩(wěn)步增長(zhǎng)，但進(jìn)展很慢。

另外，預(yù)報(bào)小組充滿信心：第25個(gè)太陽(yáng)周期將打破過(guò)去四個(gè)太陽(yáng)周期中太陽(yáng)活動(dòng)減弱的趨勢(shì)。預(yù)報(bào)小組主席、空間系統(tǒng)研究公司的太陽(yáng)物理學(xué)家Lisa Upton博士預(yù)計(jì)：從21太陽(yáng)周期到24太陽(yáng)周期中看到的太陽(yáng)周期幅度衰減將結(jié)束，沒(méi)有任何跡象表明我們正在接近太陽(yáng)活動(dòng)的孟德?tīng)栃蜆O小值。

NASA（美國(guó)國(guó)家航空航天局）和NOAA（國(guó)家海洋和大氣管理局）組成的國(guó)際專家小組“第25個(gè)太陽(yáng)周期預(yù)測(cè)小組”2020年9月15日宣布，太陽(yáng)極小值出現(xiàn)在2019年12月，這標(biāo)志著新一輪太陽(yáng)周期的開(kāi)啟，直至2025年7月達(dá)到下一個(gè)極大值。

    2020年8月25-9月23日連續(xù)30天沒(méi)有太陽(yáng)黑子，9月24日首現(xiàn)9月太陽(yáng)黑子，9月25-10月9日沒(méi)有太陽(yáng)黑子，在沒(méi)有太陽(yáng)黑子期間全球疫情又再度爆發(fā)。

     10月10，11日同時(shí)出現(xiàn)兩個(gè)新太陽(yáng)黑子群，12日，13日一個(gè)黑子群。14日無(wú)。15日新出現(xiàn)一個(gè)太陽(yáng)黑子群。從11月6日開(kāi)始太陽(yáng)黑子就有兩個(gè)黑子群，黑子相對(duì)數(shù)6日30個(gè)， 7日35個(gè) ，8日37個(gè)并有日冕物質(zhì)拋射（CME）。相對(duì)數(shù)正逐建增多。

第25個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)周期已經(jīng)來(lái)了！科學(xué)家們證實(shí)，太陽(yáng)正式進(jìn)入新的太陽(yáng)天氣周期已有9個(gè)月，它很可能與2008年至2019年的活動(dòng)周期非常相似。

科學(xué)家預(yù)測(cè)，太陽(yáng)的新活躍期，即第25個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)周期，將在2025年達(dá)到頂峰，但總體上是一個(gè)不那么活躍的周期，與12月結(jié)束的第24個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)周期非常相似。太陽(yáng)的天氣以11年為一個(gè)活動(dòng)周期，這是一個(gè)需要預(yù)測(cè)的重要現(xiàn)象，因?yàn)樗耐蝗蛔兓瘯?huì)影響生命和地球周圍，有時(shí)還會(huì)帶來(lái)毀滅性的后果。

在周二的媒體活動(dòng)中，來(lái)自美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）和美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局(NOAA)的專家們探討了他們對(duì)新的太陽(yáng)周期的分析和預(yù)測(cè)，以及即將到來(lái)的太空天氣將如何影響我們?cè)诘厍蛏系纳詈图夹g(shù)，以及太空中的宇航員。

由NASA和NOAA聯(lián)合贊助的國(guó)際專家小組第25個(gè)太陽(yáng)周期預(yù)測(cè)小組(Solar Cycle 25 Prediction Panel)宣布，太陽(yáng)極小期發(fā)生在2019年12月，標(biāo)志著一個(gè)新的太陽(yáng)周期的開(kāi)始。因?yàn)槲覀兊奶?yáng)變化無(wú)常，所需需要在進(jìn)入這一時(shí)期幾個(gè)月之后才能確定。科學(xué)家們利用太陽(yáng)黑子來(lái)跟蹤太陽(yáng)周期的進(jìn)程；太陽(yáng)上的暗斑與太陽(yáng)活動(dòng)有關(guān)，通常是巨大爆炸(如太陽(yáng)耀斑或日冕物質(zhì)拋射)的起源，這些爆炸會(huì)將光、能量和太陽(yáng)物質(zhì)噴射到太空中。

“當(dāng)我們擺脫太陽(yáng)極小期，接近第25個(gè)周期的太陽(yáng)最大期時(shí)，記住太陽(yáng)活動(dòng)從未停止是很重要的；它會(huì)隨著鐘擺的擺動(dòng)而改變形態(tài)?！盢ASA華盛頓總部太陽(yáng)物理部門(mén)的太陽(yáng)科學(xué)家Lika Guhathakurta說(shuō)。

NASA、NOAA、聯(lián)邦應(yīng)急管理局以及其他聯(lián)邦機(jī)構(gòu)和部門(mén)共同制定了《國(guó)家太空天氣戰(zhàn)略和行動(dòng)計(jì)劃》，以加強(qiáng)太空天氣的準(zhǔn)備工作，保護(hù)國(guó)家免受太空天氣危害。NOAA提供太空天氣預(yù)報(bào)和衛(wèi)星，以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)太空天氣；NASA屬于研究機(jī)構(gòu)，幫助提高對(duì)近地空間的理解，并最終提高預(yù)測(cè)模型。

太空天氣預(yù)報(bào)對(duì)支持阿耳特彌斯計(jì)劃、航天器和宇航員也至關(guān)重要。作為其阿爾特彌斯項(xiàng)目的一部分，NASA正在努力在未來(lái)幾年將宇航員送回月球，人類將在2024年登上月球，這將是50年來(lái)人類首次登上月球，也就是太陽(yáng)活動(dòng)周期預(yù)計(jì)達(dá)到峰值的前一年。這意味著NASA需要足夠多的關(guān)于太陽(yáng)活動(dòng)的信息來(lái)確信它不會(huì)將宇航員送入危險(xiǎn)的境地。

測(cè)量空間環(huán)境是了解和減少宇航員暴露于空間輻射的第一步?？茖W(xué)家們正在研究預(yù)測(cè)模型，以便有一天能像氣象學(xué)家預(yù)測(cè)地球上的天氣一樣預(yù)測(cè)太空天氣。 

“在太陽(yáng)活動(dòng)極小期，太陽(yáng)活動(dòng)并沒(méi)有結(jié)束，它只是改變了形式?！?Guhathakurta在新聞發(fā)布會(huì)上說(shuō)?！袄?，銀河系的宇宙射線在太空環(huán)境中處于空前的高度，這對(duì)太空探索、太空旅游和航空工業(yè)有著各種各樣的影響?！?/p>

更安靜的太陽(yáng)對(duì)太空垃圾有著潛在影響，在更活躍的太陽(yáng)周期時(shí)，太空垃圾會(huì)被送入地球大氣層燒掉。Biesecker說(shuō):“不幸的是，一個(gè)小的太陽(yáng)周期意味著我們不能清除大量的軌道碎片，而一個(gè)活躍的太陽(yáng)周期則可以處理這些碎片?！?/p>

“沒(méi)有壞天氣，只是準(zhǔn)備工作做得不好。”位于NASA總部的人類探索和運(yùn)行任務(wù)理事會(huì)首席科學(xué)家杰克·布萊徹(Jake Bleacher)說(shuō)?！疤仗鞖饩褪沁@樣，我們的工作就是做好準(zhǔn)備。”

了解太陽(yáng)的周期是準(zhǔn)備工作的一部分。為了確定一個(gè)新的太陽(yáng)活動(dòng)周期的開(kāi)始，預(yù)測(cè)小組參考了世界太陽(yáng)黑子指數(shù)和長(zhǎng)期太陽(yáng)觀測(cè)數(shù)據(jù)中心每月的太陽(yáng)黑子數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)中心位于布魯塞爾的比利時(shí)皇家天文臺(tái)，跟蹤太陽(yáng)黑子并確定太陽(yáng)活動(dòng)周期的高低。

“我們?cè)敿?xì)記錄了幾個(gè)小太陽(yáng)黑子，它們標(biāo)志著新周期的開(kāi)始和上升?！痹撝行闹魅胃ダ椎吕锟恕た死?Frederic Clette)說(shuō)，他也是預(yù)測(cè)小組成員之一?！斑@些是未來(lái)劇烈太陽(yáng)活動(dòng)的小型預(yù)告。只有通過(guò)跟蹤幾個(gè)月的總趨勢(shì)，我們才能確定兩個(gè)周期之間的臨界點(diǎn)?！?/p>

隨著太陽(yáng)活動(dòng)極小期的到來(lái)，科學(xué)家們預(yù)計(jì)太陽(yáng)活動(dòng)將在2025年7月達(dá)到預(yù)計(jì)的活動(dòng)最大期。NOAA旗下太空天氣預(yù)測(cè)中心(SWPC)的小組聯(lián)合主席、太陽(yáng)物理學(xué)家Doug Biesecker說(shuō)，預(yù)計(jì)第25個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)周期將與上一個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)周期一樣強(qiáng)烈，上一次的太陽(yáng)活動(dòng)周期低于平均水平，但并非沒(méi)有風(fēng)險(xiǎn)。

“2025年7月，第25個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)周期的太陽(yáng)黑子數(shù)量將達(dá)到115的峰值。特別活躍的太陽(yáng)活動(dòng)周期通常會(huì)出現(xiàn)太陽(yáng)黑子數(shù)量超過(guò)200的峰值?！?/p>

“雖然這是一個(gè)低于平均水平的太陽(yáng)周期，并不意味著不存在極端太空天氣的風(fēng)險(xiǎn)。” Biesecker說(shuō)，“太陽(yáng)對(duì)我們?nèi)粘Ｉ畹挠绊懯钦鎸?shí)存在的。SWPC一年365天24小時(shí)配備人手，是因?yàn)樘?yáng)總是能夠給我們一些預(yù)測(cè)?！?/p>

位于馬里蘭州銀泉的NOAA衛(wèi)星和信息服務(wù)項(xiàng)目、計(jì)劃和分析辦公室主任Elsayed Talaat描述了美國(guó)最近在太空氣象行動(dòng)計(jì)劃上的進(jìn)展, 以及未來(lái)的發(fā)展，包括NOAA的Space Weather Follow-On L-1觀測(cè)站，將在第25個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)周期預(yù)測(cè)峰值前于2024年發(fā)生。

Talaat說(shuō):“就像美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局的國(guó)家氣象局讓我們作好天氣預(yù)報(bào)一樣，我們正在努力作好太空天氣預(yù)報(bào)?！薄斑@是一個(gè)包括24個(gè)政府機(jī)構(gòu)的努力，它已經(jīng)將太空天氣從研究角度轉(zhuǎn)變?yōu)椴僮髦R(shí)?！?/p>

2019年太陽(yáng)黑子消失200多天，地球會(huì)進(jìn)入冰河期嗎？

       在過(guò)去幾年里，我們的恒星一直都很“困倦”，幾乎每有出現(xiàn)太陽(yáng)黑子，沒(méi)有明亮的耀斑，也沒(méi)有從它的表面發(fā)射出大量的磁化等離子體。這段平靜的時(shí)期被稱為太陽(yáng)活動(dòng)周期中的極小期，但情況已經(jīng)開(kāi)始變化了——現(xiàn)在，太陽(yáng)已經(jīng)進(jìn)入第25個(gè)太陽(yáng)周期，開(kāi)始逐漸醒來(lái)，變得“精神抖擻”。

       太陽(yáng)活動(dòng)周期，是太陽(yáng)黑子數(shù)及其他現(xiàn)象的準(zhǔn)周期變化，大約11年為一個(gè)周期。這個(gè)概念是由天文學(xué)家魯?shù)婪蛭譅柗蛱岢龅模麑⑻?yáng)黑子數(shù)從一個(gè)極小到另一個(gè)極小之間的事件定為一個(gè)周期，并將1755年之1766年的周期定為第一個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)周。經(jīng)過(guò)推算，2008年就是第24個(gè)周期，而現(xiàn)在，我們正處于第25個(gè)周期的起點(diǎn)。

       科學(xué)家最近宣布，太陽(yáng)已經(jīng)正式進(jìn)入了一個(gè)新的周期，這是自從我們有足夠的數(shù)據(jù)可靠地識(shí)別它們以來(lái)的第25個(gè)周期（而不是靠簡(jiǎn)單的年份推算）。雖然我們可以預(yù)計(jì)未來(lái)幾年的太空天氣（太空天氣是在地球周圍的太空環(huán)境條件改變的觀念）會(huì)變得更加令人興奮，預(yù)計(jì)太陽(yáng)黑子活動(dòng)將在2025年達(dá)到峰值，但科學(xué)家們一致認(rèn)為，下一個(gè)周期將與上一個(gè)周期非常相似，兩者的強(qiáng)度都普遍弱于平均太陽(yáng)周期。

     “雖然在太陽(yáng)活動(dòng)高峰期，中小規(guī)模的太陽(yáng)風(fēng)暴更有可能發(fā)生，”歐空局空間氣象辦公室主任朱哈佩卡倫塔馬（Juha-Pekka Luntama）解釋說(shuō)，“重要的是，個(gè)別大型太陽(yáng)活動(dòng)、巨大耀斑和日冕物質(zhì)拋射，都可能在任何時(shí)候發(fā)生，這些超強(qiáng)太陽(yáng)風(fēng)暴會(huì)獨(dú)立于我們?cè)谔?yáng)周期中預(yù)測(cè)的位置?！?/p>

       如果這樣的太陽(yáng)風(fēng)暴撞擊地球，它們會(huì)在我們的磁層中產(chǎn)生地磁暴。雖然對(duì)極光獵人來(lái)說(shuō)是個(gè)好消息，但這些風(fēng)暴會(huì)破壞甚至破壞地球上的電網(wǎng)、軌道上的衛(wèi)星以及它們提供的重要服務(wù)。

      重復(fù)但不可預(yù)測(cè)

      就像你在學(xué)校用過(guò)的條形磁鐵一樣，太陽(yáng)的磁場(chǎng)有南北兩極，磁場(chǎng)線延伸到恒星本身之外，最后回歸兩極地區(qū)。這些磁極有一種神秘的翻轉(zhuǎn)位置的趨勢(shì)，北變南，南變北，周期平均持續(xù)11年左右。磁場(chǎng)翻轉(zhuǎn)發(fā)生在每個(gè)太陽(yáng)周期的峰值，太陽(yáng)活動(dòng)最活躍的時(shí)候。在翻轉(zhuǎn)之后，太陽(yáng)活動(dòng)的強(qiáng)度在極小期減緩，直到新的周期開(kāi)始。

       科學(xué)家們研究太陽(yáng)已經(jīng)有幾個(gè)世紀(jì)了，但是這個(gè)磁場(chǎng)翻轉(zhuǎn)的確切機(jī)制仍然是一個(gè)科學(xué)爭(zhēng)論和理論的話題。歐空局太陽(yáng)軌道飛行器任務(wù)的關(guān)鍵問(wèn)題之一，是了解是什么驅(qū)動(dòng)了太陽(yáng)周期，通過(guò)觀察極地地區(qū)，我們希望了解更多關(guān)于驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)活動(dòng)的磁場(chǎng)是如何產(chǎn)生的。

      太陽(yáng)黑子是一個(gè)有用的工具，可以用來(lái)確定太陽(yáng)在其周期中的位置。太陽(yáng)表面的臨時(shí)黑點(diǎn)是具有強(qiáng)烈磁場(chǎng)活動(dòng)的斑塊，溫度比周圍的物質(zhì)略低，因此比周圍的區(qū)域暗。這些瞬變點(diǎn)與太陽(yáng)活動(dòng)直接相關(guān)，因?yàn)榇蠖鄶?shù)太陽(yáng)耀斑和日冕物質(zhì)拋射源于太陽(yáng)黑子群，也被稱為“活動(dòng)區(qū)”。

       活動(dòng)區(qū)、耀斑和噴發(fā)確實(shí)遵循一般的太陽(yáng)黑子周期，這意味著太陽(yáng)活動(dòng)最高峰期間活動(dòng)較多，太陽(yáng)活動(dòng)極小期活動(dòng)較少。然而，從統(tǒng)計(jì)上看，大耀斑和日冕物質(zhì)拋射在任何時(shí)刻都有可能發(fā)生，這與周期的強(qiáng)度無(wú)關(guān)。所以，我們必須時(shí)刻為“壞”的太空天氣做好準(zhǔn)備。

第25個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)周期

       第24個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)周期被確定在2019年12月結(jié)束，當(dāng)時(shí)這個(gè)周期的太陽(yáng)黑子平均數(shù)達(dá)到最小值，新周期的第一個(gè)太陽(yáng)黑子開(kāi)始出現(xiàn)。當(dāng)太陽(yáng)表面中緯度出現(xiàn)的新黑子的磁極性與前一個(gè)太陽(yáng)黑子的磁極性相反時(shí)，天文學(xué)家們就認(rèn)為新的太陽(yáng)周期開(kāi)始了。但由于太陽(yáng)黑子的數(shù)量每天都在變化，科學(xué)家們使用滾動(dòng)平均值，這意味著需要幾個(gè)月的時(shí)間才能使活動(dòng)的清晰模式變得清晰。

          預(yù)測(cè)太陽(yáng)在一個(gè)周期的峰值會(huì)有多活躍是一個(gè)眾所周知的困難的任務(wù)。就像地球上的天氣一樣，長(zhǎng)期的太空天氣很難預(yù)測(cè)，盡管我們知道有一般的季節(jié)行為。

       盡管對(duì)第25個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)周期的共識(shí)是它將與上一次相似，但這一預(yù)測(cè)的不確定性高于大多數(shù)，因?yàn)檫@個(gè)新的周期發(fā)生在太陽(yáng)活動(dòng)峰值普遍下降之后。在這一階段，下一個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)周期可能繼續(xù)朝著活動(dòng)性弱于平均水平的周期的下降趨勢(shì)發(fā)展，或者它可能標(biāo)志著一系列更活躍周期的開(kāi)始。

對(duì)地球的影響

       隨著太陽(yáng)活動(dòng)的增強(qiáng)，太陽(yáng)將向太陽(yáng)系釋放更多的高能粒子輻射和物質(zhì)。從我們?cè)诘厍蛏系奈恢脕?lái)看，太陽(yáng)的第三顆巖石行星，任何直接的撞擊都會(huì)對(duì)我們的磁場(chǎng)產(chǎn)生影響——但地球大氣層會(huì)保護(hù)我們免受太陽(yáng)爆發(fā)產(chǎn)生的地磁風(fēng)暴的影響。

        但這些太陽(yáng)風(fēng)暴仍然有可能給現(xiàn)代技術(shù)系統(tǒng)帶來(lái)嚴(yán)重問(wèn)題，擾亂或破壞太空中的衛(wèi)星，以及依賴衛(wèi)星的導(dǎo)航和電信等眾多服務(wù)。地磁風(fēng)暴還可能導(dǎo)致電網(wǎng)和無(wú)線電通信中斷，也會(huì)對(duì)太空中的宇航員造成輻射危害，甚至?xí)o未來(lái)執(zhí)行月球或火星任務(wù)的宇航員提供潛在有害劑量的輻射。

       雖然它們無(wú)法被阻止，但對(duì)即將到來(lái)的太陽(yáng)風(fēng)暴的預(yù)先警告將給衛(wèi)星、電網(wǎng)和電信系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)商以及太空探險(xiǎn)者提供采取保護(hù)措施的時(shí)間。