太陽黑子划水，連累地球打擺子？丨Calling太空_風聞

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浩瀚的空天還有許多未知的奧秘有待探索"，為此，中科院之聲與中國科學院國家空間科學中心聯合開設“Calling太空”科普專欄，為大家講述有趣的故事，介紹一些與空間科學和航天相關的知識。

1989年，強太陽風暴引發了歷史上知名的加拿大魁北克大停電事件。自此開始，每當新的太陽活動周臨近，美國NASA和NOAA都會牽頭成立國際太陽活動預測專家組，對未來一個太陽活動周進行預測。2019年初，第25太陽活動周預測專家組正式成立，由來自美國、加拿大、英國、比利時、日本和中國等國家的十二名科學家組成，這也是我國科學家首次受邀參加會商。

圖1 第25太陽活動周預測專家組。圖片來自中科院空間中心

2019年4月5日，在美國空間天氣研討會上，專家組發佈了初步預報結果。各位專家研討了國際上60餘個第25太陽活動周的預測結果，分析了第25太陽活動周太陽黑子數峯值、極小值和它們的出現時間。得出的結論如下：第25太陽活動周太陽活動水平基本與第24太陽活動周相當，低於平均活動周水平，但是不再延續自第22太陽活動周以來連續三個太陽活動周太陽活動水平持續下降的趨勢。

圖2 第25太陽活動周初步預測結果。圖片來自中科院空間中心

這個結論使擔心太陽休眠的科學家鬆了一口氣。回眸上一次太陽活動最急速下降時期，是在1645年至1715年間，這段長達70年之久的時期稱為“蒙德爾極小期(Maunder Minimum)”。在這期間，太陽黑子數量異常稀少，太陽活動水平不高。“蒙德爾極小期”恰好與歷史上的“小冰河期(1550年至1770年間)”中最冷的一段時間重合，當時地球氣温大幅下降，英國倫敦泰晤士河甚至因此而結冰，全球性糧食減產，饑荒遍地。所以有學者認為，是太陽輻射大幅減少造成的地球氣温下降。

圖3 太陽黑子400年變化。圖片來源於網絡

與蒙德爾極小期相比，第21—24太陽活動周黑子數峯值，分別在188、200、151、120，第25太陽活動周太陽黑子數峯值預計在95—130之間，只比大部分活動周的黑子數峯值區間140-220略小，但遠遠高於蒙德爾極小期（圖3）。

那麼公眾關注的問題來了：第25太陽活動周太陽活動水平雖然不再持續下降，但太陽黑子出現依舊不多，太陽還會休眠、地球還會再次駛入小冰河期嗎？地球真的會變得冷颼颼嗎？更有意思的是：剛進入盛夏的北半球幾乎是瞬間又進入了燒烤模式，地球彷彿生病了，忽冷忽熱，打起了擺子。這讓人們懵圈了，地球怎麼了？這也是太陽黑子惹的禍嗎？且聽我們詳細剖析。

首先，太陽黑子是太陽活動強弱的重要標識。黑子數越多，太陽活動就越強，太陽耀斑、日冕物質拋射等現象就越頻繁，產生的太陽風暴就越多。太陽上的黑子數存在11年的週期性變化，在11年中，太陽黑子會先變多，再變少，最終回到和一開始相似的數量。國際上規定，以1755年作為第一個太陽活動周的開始。目前太陽正處於第24個活動周的末期。

圖4 第1-24活動周太陽黑子數的變化

在太陽活動高年，太陽黑子通常成羣結隊出現。如果將太陽比喻成“火海”，那麼這些“縱橫火海”的黑子羣就是其中的“弄潮兒”，有了它們太陽才“生機勃勃”。但黑子有些“古靈精怪”，好“偷奸耍滑”。遠的暫且不論，就説自第21個太陽活動周始，太陽黑子數量已經連續三個活動周呈緩慢下降趨勢，太陽黑子似乎既不出工也不出力了。尤其是2008年12月進入第24個太陽活動周以來，太陽黑子數不僅增加緩慢，大黑子羣出現數量也少，即使在太陽活動高年（極大期）也不例外，截至2019年6月，第24太陽活動周明顯較第23太陽活動週記錄到的重要事件數量少，規模小。而且太陽表面“無黑子”現象出現得越來越頻繁，太陽黑子消失的時間越來越長，從幾天增加至幾星期，甚至幾個月之久。套句網絡熱詞，就是太陽黑子開始“划水”了，它不知為何耍起了“小性子”，而且一鬧就是幾個太陽活動周，還不知道什麼時候偃旗息鼓。

太陽黑子划水，引起科學家廣泛關注。英國著名物理學家和宇宙學家霍金在2017年10月曾預言，20年內太陽就會進入休眠期，可能將是世界末日。巧合的是在第24太陽活動周內，地球的確出現了極寒天氣。首先2012年2月一股強烈的寒流席捲了歐洲大部分地區，俄羅斯最低氣温低於零下50℃，多個國家發生罕見雪災。英國《每日郵報》因此宣稱2012年的寒冬顯示“小冰河期來臨”。2019年1月美國遭遇極寒天氣，此次破紀錄的寒流為美國中西部以及東北部各州帶來了大幅降温和降雪，在中西部明尼蘇達州和南北達科塔州等部分地區氣温降至零下45℃。一些地區的温度降到破紀錄的零下51℃，美國總統特朗普1月28日在推特上調侃，稱想要全球變暖回來，引起輿論一片譁然。由此引發一波關於全球到底是變暖了還是變冷了的熱議。很有意思的是，爭論尚在繼續，2019年6月底，高温天氣肆虐歐洲多國。6月28日，法國南部部分小鎮温度超過45℃。這又使得全球變冷言論不攻自破。到底是誰在搗亂？人們似乎更糊塗了，到底太陽活動能否影響地球氣候？地球到底是變冷了還是變暖了？

研究表明，影響氣候變化的因素有太陽輻射、大氣環流、地理環境和人類活動。太陽輻射是大氣中一切物理過程或現象的基本動力，是地球、大氣唯一的能量源泉。太陽輻射會通過大氣環流和當地的熱量平衡對地球和氣候產生影響，所以很早以來，人們就把地球上氣候變化原因用太陽活動來解釋。

圖5 過去2000年温度序列。圖片來自：高國棟，陸渝蓉編著.氣候學.北京：氣象出版社。

地球小冰河期持續時間約200年（圖5），實際上在1100年全球氣温就開始有所下降，這個時期維持了約300年，1450年前後氣温又有個大幅下降，這個時期大約維持了近400年，其中1550年至1770年間，歐洲冰河迅速前進，亞洲多雨，北美降雨也很多，北半球氣候極寒（小冰河期），小冰河期年平均氣温比歷史上年平均氣温低約0.5℃。1900年以後，氣温又迅速升高，冰河很快退卻。

全球氣候從變冷一直到回到正常温暖狀況，用了幾乎800年的時間，而這期間黑子早就開始活躍，太陽黑子數雖幾多起伏，但總體來看，有一個緩慢增加的過程，尤其是1750年以後，太陽活動基本保持在一個比較穩定的較高水平。研究表明，一般在太陽活動旺盛期，大氣緯向環流發展，環極氣流收縮，氣候比較乾熱。所以，1900年以後的地球明顯增温，但這是一個上百年的漫長過程。再有1750年以來，人類開始進入工業革命時期，人類活動從那時起或許也已經成為導致氣候變化的另一個因素。

太陽風暴期間，太陽輻射會短時增強，但太陽活動高年的總輻射量比太陽活動低年僅高出0.1%。並且，即使是弱的太陽爆發活動周，也可能會發生強的太陽風暴。比如，第24太陽活動周黑子數只有120，但2012年仍然發生過超級太陽風暴，只不過該太陽風暴沒有朝向地球，但掃過了STEREO雙子星並被記錄下來。由此可見，太陽的總輻射量若想增加，必須要經過一個超長期累積過程。根據地質學資料證明，一個完全的輻射循環的總長度在十萬年到一百萬年之間，太陽是一個變星，其輻射強度的振幅範圍約達40%，其週期約為105年。記住超長哦！我們幾代人也看不到哦！所以目前氣候變化一定還有其他的影響因素。

圖6 2012年7月23日STERREO B和A衞星觀測到的太陽超強爆發。圖片來源於網絡，數據來自STEREO衞星

世界氣象組織早在2018年11月就發佈《氣候狀況聲明》指出，全球變暖趨勢仍在繼續，有記錄以來20個最熱年份都出現在過去22年，其中最近4年佔據排行榜前4位。至今這個結論沒有進行補充和修改。

圖7 温室效應加劇氣候變暖。圖片來自：董思言,高學傑.長期氣候變化——IPCC第五次氣候評估報告解讀.氣候變化研究進展,2014年,第10卷第1期.

大量觀測以及研究表明，進入工業革命以來，地球的劇烈增温主要是二氧化碳排放引起的。大氣中的二氧化碳對太陽短波輻射是透明的，對於地面長波輻射，特別是13-17μm波段，有強烈的吸收作用。總之，它既不削弱太陽輻射，又能使地面輻射熱量保留在大氣層中，具有高保温作用（氣候的温室效應），這就使得地球二氧化碳排放越多，氣温越高。二氧化碳的累計排放很大程度上決定了21世紀現在及以後的氣候都將變暖。地球發着高燒，而且這種高燒將嚴重擾亂氣候系統自身的變化規律，各種極端天氣事件如極寒、高温、暴雨洪災天氣會不斷增多。這是自然界對人類的懲罰！

林林總總説了這麼多，其實歸根結底結論如下：

一、未來一個太陽活動周，太陽黑子雖然還會繼續划水，但它可能會惡作劇呦！人類不能放鬆警惕；

二、地球再次駛入小冰河期的可能性微乎其微，大家不用着急買“加拿大鵝”啦！

三、地球大概率地會繼續打擺子，一會兒冷颼颼，一會兒熱烘烘，人們要好好鍛鍊身體哦！

來源：中國科學院國家空間科學中心