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  大约每11年,太阳磁场就会发生完全的倒转——北磁极变为南磁极,反则亦然。这就好像是一块条状磁铁缓慢损失了磁场,然后获取了方向相反的新磁场,因此正极变成了负极。但是当然了,太阳并不是简单的条形磁场,倒转的原因也与之不同,而更不用提的是在11年活动周期中运动磁场的构型并不容易测量。

  2008年(左图),日出卫星在太阳的北半球观测到了大片的负极性(以橙色表示)。2011年,同一区域表现出了较小的斑块,正(蓝色)负极的分布也更加均匀。

  然而测量磁场是了解太阳如何(进而是在何时)发生下一次磁极倒转的关键。磁极倒转与最剧烈的太阳活动相合,此时名为“太阳极大”。

  虽然太阳周期每11年看起来很规律地展开,在即将发表的两篇论文中,科学家重点描述了这一过程实际上存在多大的不对称性。当前太阳北极的极性看起来减低到了接近0,也就是说,它正处在从北极到南极的翻转当中,不过太阳南极的磁极性刚刚开始减弱。

  阿拉巴马州亨茨维尔(Huntsvill)NASA马歇尔太空飞行中心的空间科学家、日本日出太阳卫星的NASA任务科学家乔纳森瑟坦(Jonathan Cirtain)说:“现在,南北极之间存在着不平衡。北极正在转换过程中,这里提前于南半球,我们不知道其中的原因。”

  两篇文章之一使用的是日出卫星的数据,其中给出了极性转换的直接观测。另一篇文章使用了观测太阳极区大气微波辐射来推测表面磁场活动的新方法。文中描述的不对称性与假设太阳南北极同时发生磁极倒转的太阳模型不符。另外两篇文章都认为,太阳北极即将发生磁极倒转,倒转时间要比通行预言多认为的本活动周太阳极大年发生在2013年早得多。最后,日出卫星的直接观测结果还指出,我们需要重新审视某些其他的太阳模型。

  由于我们所有的太阳望远镜都差不多是在太阳赤道附近观测太阳,只能斜视极区,测量极区的磁场并不容易,精确测量需要从上方进行。日出卫星可以用进行太阳赤道观测时能够测绘磁场的高分辨率太阳光学望远镜(Solar Optical Telescope)对极地的活动进行年度监测。第二篇文章使用的微波技术使用了在2003年太阳接近极大年时候的发现,也就是随着太阳朝极大年的迈进,在极小年期间集中于低太阳纬度区域的日珥爆发开始向靠近极区的高纬度地区迈进。此外,极区的微波亮度也减弱到了极暗的程度。

  是马里兰州格林贝尔特(Greenbelt)NASA戈达德太空飞行中心的太空科学家纳特戈帕斯沃米(Nat Gopalswamy)说:“日珥爆发与增强的太阳活动如日冕物质抛射也就是CME相关,因此在高纬度区域发生的CME也意味着即将到来的太阳极大。当我们在太阳纬度超过60度的区域观测到日珥爆发的时候,我们知道太阳极大即将来临。”戈帕斯沃米是微波观测论文的第一作者,文章发表在2012年4月11日的《天体物理学报》杂志上。

  这两张日出卫星获取的影像展示了2009年(左图)与2011年(右图)太阳南半球的磁场。大型蓝色斑块表示具有正极性的区域,它们在2011年仍旧存在。

  为了寻找极区附近的日珥爆发,戈帕斯沃米与他的小组使用日本野边山太阳射电天文台望远镜以及ESA与NASA合作的太阳和日球层观测平台(SOHO)的观测。他们在微波波段观测了太阳,这样可以观测太阳表面之上的大气(色球层)。戈帕斯沃米开发了精确的方法,可以用微波辐射来测量太阳表面极区附近的磁场活动。通过测量色球层的微波亮度,科学家得出的结论是,北极附近的磁场强度已经降低到了上次太阳极大周的临界之下,这说明太阳极大即将来临。这一结论得到了北半球高纬度地区正在发生日珥爆发的支持。然而南半球的爆发刚刚开始增强——2012年3月初,这里发生了第一次CME。

  日出卫星的数据也表明了如此的南北差异。日本理化研究所的太阳物理学家盐田大幸(Daikou Shiota)领导的小组汇报了日出的结果,文章刚刚提交给了《天体物理学报》出版。自从2008年9月起,盐田大幸与他的小组就开始使用日出卫星对太阳进行每月一次的极区磁图观测。早期的磁图给出了大型强磁场的集中,几乎这些磁场都具有负极性。然而新近的磁图给出了不同的景象。不光是磁场斑块更小更弱了,大量的正极性也可以看到了。当初具有强负极性的北极现在是微弱磁化的,混合的极性会被中和,这正是太阳极大期间发生的情况,根据小组的预言,这将发生在一个月之内。

  瑟坦说:“这是第一次对磁极倒转的直接观测。对于了解造就太阳周期的磁活动来说,这至关重要。”

  泰德塔贝尔(Ted Tarbell)是加州帕洛阿尔托(Palo Alto)市洛克希德—马丁公司日出太阳光学望远镜的首席研究员,他指出,直接测量展示了正在进行中的极性反转,并强调了2008年活动周的早期情况。典型的磁极倒转模型认为活动区沿赤道自转,它们更高的拖尾边缘(几乎时刻都与所处半球极地的极性相反)向上漂移,最终主导现状,将正极倒转为负极,或将负极转为正极。日出的数据表明,北极这样的转变有可能发生在漂移之前。

  塔贝尔说:“于我而言,这是日出卫星论文中最有意思的东西。在太阳周期开始之前,也就是说在低纬度地区活动性还没有增强之前,极性反转是如何这么早就发生的呢?”

  塔贝尔认为,这些观测意味着这一模型可能也需要被重新审视。

  当然,当更新更好的数据被采集到之后,对模型的这些变动是在意料之中的。实际上,戈帕斯沃米微波观测论文的合作者、NASA马歇尔中心的太阳物理学家戴维哈瑟维(David Hathaway)指出,太阳上存在不对称性的观点并不是全新的。其他工作最近也强调了此等不对称性迹象的存在,这意味着,比如当前太阳北半球会存在比南半球更多的黑子。哈瑟维说:“不过大多数完善的模型并没有考虑不对称性。考虑了对称性的更复杂的模型确实存在,不过它们在其他方面与观测不符。”

  使用最好的设备以及新的分析技术针对这些差异进行的后续研究将帮助我们扩展并增进对太阳与其11年活动周连带其表面大型喷发的了解。

  科学家还将继续关注当前的活动周,也就是第24太阳活动周,由于北半球的极性反转早于预期,这同样意味着本活动周从黑子数量和太阳活动数量上来看相对很弱。

  (全文完)

  (NASA)