太阳的活动周期正在提早达到顶峰了解其原因可以帮助我们解开恒星的秘密

我们的太阳是一个稳定而永恒的伴侣。它像时钟一样可靠，它在天空中的明显移动使我们能够测量时间。太阳及其路径也是地球季节的来源。但在很多方面，我们的太阳远非平静和一成不变。

近距离观察，太阳显示出广泛的变化和活动。称为耀斑的明亮爆炸通常会引起巨大的辐射爆发。被称为太阳黑子的较暗、较冷的区域会出现、移动、改变形状并消失。太阳还会通过强烈的喷发向太空释放物质，称为太阳粒子事件。

这种太阳活动随时间而变化。它每11年达到一次峰值，预计下一个峰值将在2025年7月到来。但现在看来，这个“太阳活动极大期”将会比预期更早到来。这一发现可能会让我们更好地了解我们的宿主恒星。

太阳活动也会影响地球和我们所依赖的技术。太阳粒子事件可能导致卫星瘫痪并扰乱电网。影响我们星球的太阳活动通常被称为“太空天气”。

时机很重要

为了确保我们能够做出预测并做好准备，我们需要一套好的规则——科学模型。美国国家航空航天局和美国国家海洋和大气管理局多年来一直在创造这些设施。

他们融合了多种方法来预测太阳活动。这种方法得出了下一个太阳活动极大期(峰值)的日期，即2025年7月左右。预计该峰值也相对较弱，就像上一个太阳周期期间的最大值一样。这种情况大约从2008年12月持续到2019年12月，并在2014年4月达到顶峰。

然而，由美国宇航局科学家罗伯特·利蒙和美国国家大气研究中心(NCAR)副主任斯科特·麦金托什领导的团队发布了另一种预测。他们表示，该周期的峰值将提前一年出现在2024年中下旬，太阳黑子数量将是官方预测的两倍——这是太阳活动的迹象。目前对太阳的观测支持了这一替代预测。

有趣的是，许多预测方法依赖于对太阳活动的最小值(最低点)测量的周期长度进行计时。但利蒙和麦金托什更深入地研究了实际的太阳黑子及其磁性。当一个太阳周期结束时，它不是瞬时的。这是一个温和的过渡，其中出现的具有与旧周期相关的磁性特性的太阳黑子较少，而出现的具有与新周期相关的特性的太阳黑子则较多。

当前的预测使用终止符(即旧周期的最后一个太阳黑子消退的时间)来指示该太阳周期的结束。这可能会导致周期长度的不同计时。例如，最后一个最小值是2019年12月，但终结者实际上发生在2021年12月。研究小组随后能够通过观察前一个周期的持续时间来预测即将到来的周期的强度。

在火线中

但是，当周期很快达到顶峰时，更高的太阳活动对我们意味着什么?随着太阳以耀斑和其他事件的形式释放大量能量，将物质喷射到太空中，如果我们处于火线中，一些物质有可能撞击地球。幸运的是，地球有自己的磁盾可以保护我们。

当来自太阳的粒子和磁场到达我们时，它们首先与地球自身的磁场相互作用，导致地球受到冲击和挤压。它还迫使太阳粒子以地球磁场决定的方式移动。这在一定程度上困住了它们，阻止它们撞击地球表面。

尽管地球的磁“盾”给我们提供了一定程度的保护，但太阳活动仍然影响着我们。这方面的例子有北极光(或南极光)。当太阳粒子到达高层大气并“激发”那里的原子，导致它们进入高能状态时，就会发生这种情况。当原子松弛时，它们会发出不同颜色的光，例如红色、绿色和蓝色。这个令人惊叹的显示屏非常适合在靠近地球磁极的地方观看。

太阳活动可能会导致电网中使用的长输电线路出现电涌。1989年加拿大魁北克省停电就是一个例子。

其他影响包括高层大气中粒子密度的变化。这可能会导致使用GPS的设备出现轻微错误。它还可能导致我们的外层大气轻微加热，使其进一步延伸到太空。这增加了近地轨道卫星的大气层厚度。

这可能会导致它们失去高度，有时甚至会烧毁。其中一个事件影响了SpaceX于2022年2月发射的一批新StarLink卫星。该事件发生时太阳的活动大约是我们目前所经历的一半。

当太阳活动变得更强时，太阳风暴更有可能袭击我们，导致卫星出现电力问题。这些航天器可能需要进入所谓的“安全模式”，其中许多系统都被关闭。这使他们能够躲过风暴。

我们的社会不断发展，使我们更加依赖电力基础设施。我们还将我们的技术扩展到太空——如果我们不监测太空天气及其来源——太阳，这项技术就会变得脆弱。如果我们知道将会发生什么，我们就可以做好准备。电网的设计旨在减少电涌的影响，卫星的设计旨在更好地应对太空天气。

但我们需要对我们的恒星有更深入的了解。专家们已经详细记录了过去的观测结果，并不断扩展利用卫星观测太阳和太空天气的方式。我们还在改进科学模型，让我们能够预测太阳活动。当前令人惊讶的太阳周期将增强我们做到这一点的能力。