太陽活動 對地球影響沒想象的那麼大

古希臘哲學家赫拉克利特有句名言:「太陽每天都是新的。」以現代天文學的眼光來看,他說得一點兒都沒錯。盡管我們用肉眼看不出太陽的變化,但是通過望遠鏡、日冕儀等設備,人們發現日珥、黑子數目、日冕形狀等日面特徵幾乎每天都變化不斷。

太陽活動 對地球影響沒想象的那麼大

2019年年底,天文學家注意到太陽活動非常安靜,這意味着新一輪太陽活動周的到來。到2020年9月,這一結果得到確認。現在,太陽的活動將逐漸轉強,預計於2025年達到極大。什麼是太陽活動周?它對我們又有什麼影響呢?

太陽吼一吼,地球抖三抖

17世紀望遠鏡出現之後,人們發現太陽的表面並不是光潔無瑕的,而是經常出現黑色的斑點——黑子,它們是日面上溫度略低從而顯得比周邊更暗的區域。1843年,德國業余天文學家施瓦貝最早發現太陽黑子的數目大約有着11年的周期變化。後來,天文學家們確認這個周期性現象與太陽的活動有關,並把1755年記為第一個太陽活動周的起點。從那時起算到現在,2019年年底開啟的是第二十五個太陽活動周。

一個太陽活動周的長度為7—14年,平均約為11年。每一輪都開始於太陽活動最弱的時候,隨後慢慢增強,大約五六年後達到峰值,然後再慢慢轉弱,直到下一個周期。這種周期性變化的主要原因是太陽電磁場的准周期振盪,但其中的物理機制現在仍然不甚明了。

在太陽活動極大的年份,耀斑、日冕物質拋射等爆發性事件大大增加,爆發時的電磁輻射、高能帶電粒子流和高速等離子體雲侵襲地球,會直接影響現代人類的生活。例如破壞衛星以及衛星上的儀器、干擾無線電傳播、使衛星定位/導航產生誤差,甚至還可能導致宇航員受到輻射傷害。美國的第一個空間站「天空實驗室」就是受此影響——因地球大氣被加熱、體積膨脹,增大了軌道上的摩擦力,最終提前掉進大氣層墜毀。在高緯度地區可能會看到更多的極光,電力系統可能受到影響(歷史上影響最大的一次是1989年3月的加拿大魁北克大停電事件)。好在這些爆發事件一般不會直接影響到人們的身體健康。只是對於穿越極區的航空乘客來說,若恰逢高能粒子流的沉降,受到的輻射劑量會增大,對健康不利。

在太陽活動的極小期,地球是不是更安全些呢?答案可能恰恰相反,這與日球層有關。日球層是超聲速太陽風向外膨脹時與鄰近星際介質相互作用所形成的巨大「泡狀」空間,它能夠幫助地球抵禦來自太陽系外的宇宙射線。太陽活動較弱時,日球層減弱,會有更多的宇宙射線抵達地球。如果此時恰逢太陽穿過銀河系銀盤上的恆星活動密集區,紛至沓來的宇宙線可能會破壞地球臭氧層、增加低空雲層並引起氣溫下降,從而給地球生命帶來危險。

地球冷或暖,太陽未必管

剛過去不久的第二十四個太陽活動周,太陽活動處於100年來的最低水平,黑子數的峰值只有23周的一半多一點兒。一些太陽物理學家預計第二十五個活動周可能與之類似,太陽活動依然會相對安靜。

那麼,我們會不會進入歷史上曾出現過的太陽活動「極小期」,從而迎來全球變冷呢?這是很多人關心的問題。19世紀的英國天文學家蒙德等人在總結歷史數據時,指出公元1645—1715年,在太陽上幾乎沒有觀測到任何黑子。這段時期後來被稱為「蒙德極小期」,當時恰逢全球氣溫下降,歐洲的主要河流結了冰,糧食歉收,出現飢荒。在中國,飢荒可能還加速了明朝的滅亡。

「蒙德極小期」曾引發了關於太陽安靜導致地球降溫的猜測。但現在的主流研究認為,太陽活動與當時的氣溫降低並沒有明顯聯系,至少不是主要原因,降溫可能來自於火山活動的增加和海洋環流的變化等。而且歷史上也出現過太陽活動較弱而地球氣溫升高的例子。目前,太陽物理學家預計第二十五個太陽活動周不大可能進入另一個「極小期」。而就算真的趕上了,我們也不會迎來另一個「小冰期」。

在人們普遍關心的全球變暖問題上,太陽活動也不是背後的「主謀」。根據全球氣候機構2021年年初發布的數據,2020年全球平均氣溫為14.9攝氏度,比1850—1900年的平均氣溫高了1.2攝氏度,僅最近40多年以來就上升了0.8攝氏度。而太陽輻射能量的變幅,在活動極大期和極小期只相差0.15%左右,不會產生這麼明顯的持續性溫度變化。另外也沒有證據表明太陽活動對平流層以外的氣候有什麼影響,例如地表溫度、降雨量或風向等並沒有顯示出與太陽活動周的相關性。

總之,「天行有常」,短短10餘年的太陽活動周期,並不會給地球帶來重大影響。我們面臨的氣候與環境問題,並不能歸咎於太陽,恐怕更應該從人類社會的發展方式上去尋找答案。

(作者系北京天文館副研究員)

來源:cnBeta