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太陽磁場出現“不對稱”

衛星


太陽磁場出現“不對稱”

2008年（左圖），日出衛星在太陽的北半球觀測到了大片的負極性（以橙色表示） 。2011年，同一區域表現出了較小的斑塊，正（藍色）負極的分布也更加均勻 。
太陽磁場出現“不對稱”

這兩張日出衛星獲取的影像展示了2009年（左圖）與2011年（右圖）太陽南半球的磁場 。大型藍色斑塊表示具有正極性的區域 ， 它們在2011年仍舊存在 。
大約每11年，太陽磁場就會發生完全的倒轉——北磁極變為南磁極，反則亦然 。這就好像是一塊條狀磁鐵緩慢損失了磁場 ， 然后獲取了方向相反的新磁場，因此正極變成了負極 。但是當然了，太陽并不是簡單的條形磁?。?倒轉的原因也與之不同，而更不用提的是在11年活動周期中運動磁場的構型并不容易測量 。
然而測量磁場是了解太陽如何（進而是在何時）發生下一次磁極倒轉的關鍵 。磁極倒轉與最劇烈的太陽活動相合 ， 此時名為“太陽極大” 。
雖然太陽周期每11年看起來很規律地展開 ， 在即將發表的兩篇論文中，科學家重點描述了這一過程實際上存在多大的不對稱性 。當前太陽北極的極性看起來減低到了接近0，也就是說 ， 它正處在從北極到南極的翻轉當中，不過太陽南極的磁極性剛剛開始減弱 。
阿拉巴馬州亨茨維爾（Huntsvill）NASA馬歇爾太空飛行中心的空間科學家、日本日出太陽衛星的NASA任務科學家喬納森·瑟坦（Jonathan Cirtain）說：“現在，南北極之間存在著不平衡 。北極正在轉換過程中，這里提前于南半球，我們不知道其中的原因 ?！?br /> 兩篇文章之一使用的是日出衛星的數據，其中給出了極性轉換的直接觀測 。另一篇文章使用了觀測太陽極區大氣微波輻射來推測表面磁場活動的新方法 。文中描述的不對稱性與假設太陽南北極同時發生磁極倒轉的太陽模型不符 。另外兩篇文章都認為，太陽北極即將發生磁極倒轉，倒轉時間要比通行預言多認為的本活動周太陽極大年發生在2013年早得多 。最后，日出衛星的直接觀測結果還指出，我們需要重新審視某些其他的太陽模型 。
由于我們所有的太陽望遠鏡都差不多是在太陽赤道附近觀測太陽，只能斜視極區，測量極區的磁場并不容易，精確測量需要從上方進行 。日出衛星可以用進行太陽赤道觀測時能夠測繪磁場的高分辨率太陽光學望遠鏡（Solar Optical Telescope）對極地的活動進行年度監測 。第二篇文章使用的微波技術使用了在2003年太陽接近極大年時候的發現，也就是隨著太陽朝極大年的邁進 ， 在極小年期間集中于低太陽緯度區域的日珥爆發開始向靠近極區的高緯度地區邁進 。此外，極區的微波亮度也減弱到了極暗的程度 。
是馬里蘭州格林貝爾特（Greenbelt）NASA戈達德太空飛行中心的太空科學家納特·戈帕斯沃米（Nat Gopalswamy）說：“日珥爆發與增強的太陽活動如日冕物質拋射也就是CME相關 ， 因此在高緯度區域發生的CME也意味著即將到來的太陽極大 。當我們在太陽緯度超過60度的區域觀測到日珥爆發的時候，我們知道太陽極大即將來臨 ?！备昱了刮置资俏⒉ㄓ^測論文的第一作者，文章發表在2012年4月11日的《天體物理學報》雜志上 。
為了尋找極區附近的日珥爆發 ， 戈帕斯沃米與他的小組使用日本野邊山太陽射電天文臺望遠鏡以及ESA與NASA合作的太陽和日球層觀測平臺（SOHO）的觀測 。他們在微波波段觀測了太陽，這樣可以觀測太陽表面之上的大氣（色球層） 。戈帕斯沃米開發了精確的方法，可以用微波輻射來測量太陽表面極區附近的磁場活動 。通過測量色球層的微波亮度，科學家得出的結論是 ， 北極附近的磁場強度已經降低到了上次太陽極大周的臨界之下 ， 這說明太陽極大即將來臨 。這一結論得到了北半球高緯度地區正在發生日珥爆發的支持 。然而南半球的爆發剛剛開始增強——2012年3月初，這里發生了第一次CME 。
日出衛星的數據也表明了如此的南北差異 。日本理化研究所的太陽物理學家鹽田大幸（Daikou Shiota）領導的小組匯報了日出的結果，文章剛剛提交給了《天體物理學報》出版 。自從2008年9月起，鹽田大幸與他的小組就開始使用日出衛星對太陽進行每月一次的極區磁圖觀測 。早期的磁圖給出了大型強磁場的集中，幾乎這些磁場都具有負極性 。然而新近的磁圖給出了不同的景象 。不光是磁場斑塊更小更弱了，大量的正極性也可以看到了 。當初具有強負極性的北極現在是微弱磁化的，混合的極性會被中和，這正是太陽極大期間發生的情況，根據小組的預言，這將發生在一個月之內 。
瑟坦說：“這是第一次對磁極倒轉的直接觀測 。對于了解造就太陽周期的磁活動來說，這至關重要 ?！?br /> 泰德·塔貝爾（Ted Tarbell）是加州帕洛阿爾托（Palo Alto）市洛克希德—馬丁公司日出太陽光學望遠鏡的首席研究員，他指出，直接測量展示了正在進行中的極性反轉，并強調了2008年活動周的早期情況 。典型的磁極倒轉模型認為活動區沿赤道自轉 ， 它們更高的拖尾邊緣（幾乎時刻都與所處半球極地的極性相反）向上漂移，最終主導現狀，將正極倒轉為負極 ， 或將負極轉為正極 。日出的數據表明，北極這樣的轉變有可能發生在漂移之前 。
塔貝爾說：“于我而言 ， 這是日出衛星論文中最有意思的東西 。在太陽周期開始之前，也就是說在低緯度地區活動性還沒有增強之前，極性反轉是如何這么早就發生的呢？”
塔貝爾認為，這些觀測意味著這一模型可能也需要被重新審視 。
當然，當更新更好的數據被采集到之后，對模型的這些變動是在意料之中的 。實際上，戈帕斯沃米微波觀測論文的合作者、NASA馬歇爾中心的太陽物理學家戴維·哈瑟維（David Hathaway）指出，太陽上存在不對稱性的觀點并不是全新的 。其他工作最近也強調了此等不對稱性跡象的存在，這意味著 ， 比如當前太陽北半球會存在比南半球更多的黑子 。哈瑟維說：“不過大多數完善的模型并沒有考慮不對稱性 ?？紤]了對稱性的更復雜的模型確實存在，不過它們在其他方面與觀測不符 ?！?br /> 使用最好的設備以及新的分析技術針對這些差異進行的后續研究將幫助我們擴展并增進對太陽與其11年活動周連帶其表面大型噴發的了解 。
科學家還將繼續關注當前的活動周，也就是第24太陽活動周 ， 由于北半球的極性反轉早于預期，這同樣意味著本活動周從黑子數量和太陽活動數量上來看相對很弱 。
【太陽磁場出現“不對稱”】
中國天文科普網