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太陽活動周期（solar cycle），或稱為太陽磁活動周期（solar magnetic activity cycle），是太陽黑子數及其他現象的準周期變化，大約11年為一個周期。它會引起空氣中、地面上一些物質的變化，甚至可能改變氣候。通過計算可見的太陽黑子出現的頻率和位置，這個周期可以被觀測出。

基本介紹

中文名：太陽活動周期
外文名：solar cycle
又稱：太陽磁活動周期
拼音：tai yang huo dong zhou qi
周期時長：大約11年為一個周期

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觀測要素

太陽黑子

在太陽的光球層上發生的一種太陽活動，太陽活動的基本標誌。

光斑

太陽光球邊緣出現的明亮組織，向外延伸到色球就是譜斑。光斑一般環繞著黑子，與黑子有密切的關係。

譜斑

太陽光球層上比周圍更明亮的斑狀組織。

太陽風

太陽風形成的帶電粒子流。造成了地球上的極光太陽風是從恆星上層大氣射出的超聲速電漿帶電粒子流。在不是太陽的情況下，這種帶電粒子流也常稱為“恆星風”。太陽風是一種連續存在，來自太陽並以200-800km/s的速度運動的等離子體流。這種物質雖然與地球上的空氣不同，不是由氣體的分子組成，而是由更簡單的比原子還小一個層次的基本粒子——質子和電子等組成，但它們流動時所產生的效應與空氣流動十分相似，所以稱它為太陽風。

耀斑

：發出的強大的短波輻射，會造成地球電離層的急劇變化。對人類的影響很大。造成短波通訊中斷。

日珥

：在日全食時，太陽的周圍鑲著一個紅色的環圈，上面跳動著鮮紅的火舌，這種火舌狀物體就叫做日珥。日珥是在太陽的色球層上產生的一種非常強烈的太陽活動，是太陽活動的標誌之一。日珥是通常發生在色球層的，它像是太陽面的“耳環"一樣。大的日珥高於日面幾十萬千米，還有無數被稱為針狀體的高溫等離子小日珥，針狀體高9000多千米，寬約1000千米，平均壽命5分鐘

發現歷程

早期觀察

1843年，塞瑟爾·海因里希·施瓦布【Samuel Heinrich Schwabe (1789–1875)】發現了太陽活動周期。

因為按照牛頓力學理論，水星近日點的進動表明水星軌道之內應該還存在一顆行星，天文學家把這顆行星命名為祝融星（Vulcan）。由於祝融星距離太陽非常近，找到它異乎尋常地困難。施瓦布認為，只有在祝融星從太陽前面經過時才能觀測到它。從1826年到1843年，施瓦布每天仔細觀察看太陽表面，記錄太陽上的黑子數，經過17年間的長期艱辛觀測，他整理了觀測資料，於1843年發表了一篇題為《1843年間的太陽觀測》的論文，文章指出：“太陽的年平均黑子數具有周期性的變化，變化的周期約十年”。

時任伯爾尼天文台台長的魯道夫·沃爾夫【Rudolf Wolf(1816–1893)】，讀了施瓦布的論文後，開始用望遠鏡觀測太陽黑子。除進行觀測以外，他還蒐集整理了此前的太陽黑子觀測資料，其中包括伽利略及其同時代觀測者留下的。經過整理，可供研究使用的每日太陽黑子數記錄可推前至1749年，年平均值資料可推前至1610年。沃爾夫在蒐集整理太陽黑子數觀測資料的過程中，為使不同觀測台站以及不同人的太陽黑子觀測資料具有可比性，於1848年提出了太陽黑子相對數的概念。

沃爾夫經過幾年的仔細觀測和精心的資料整理，返現太陽黑子數變化周期平均為11.1年。觀測到的最短黑子周期為9年，最長黑子周期為14年。不同周期之間和字數的變化也非常明顯。到1852年他還發現地磁活動和極光與太陽活動有關。沃爾夫提出將太陽黑子數從一個極小到另一個極小之間的事件定為一個周期，並將1755年之1766年的周期定為第一個太陽活動周。根據連續的觀測記錄推算下來，2008是第24個太陽活動周。

卡林頓太陽活動周的發現

英國天文學家理察·卡林頓【Richard Christopher Carrington(1826–1875)】從1852年開始，白天觀測太陽，夜晚觀測星星，夜以繼日勤奮工作。他精確確定了太陽自轉軸；發現了太陽的較差自轉現象；首次發現了太陽耀斑現象；同斯波勒分別獨立發現了，太陽黑子隨太陽活動周發展出現為止逐漸向赤道遷移的規律，後來太陽活動周被稱為卡林頓太陽活動周。

斯波勒定律

跟卡林頓分別同時進行太陽黑子周期規律研究的德國天文學家斯波勒【Gustav Spoerer(1822–1895)】，經過長期艱苦細緻的觀測發現，在新的太陽活動周開始時，黑子群出現的位置分別在南北半球緯度30°附近，隨著太陽活動周的進展，黑子群出現的緯度位置逐漸向赤道靠近。在太陽活動極大年附近，黑子群一般出現在15°附近。在太陽活動周的末尾，黑子群一般出現在8°附近。在每個太陽活動周即將結束時，新周期的黑子群已開始在高緯度出現，舊太陽活動周的黑子群仍在低緯度出現。新周期和舊周期黑子群同時出現的局面大約可持續一年左右的時間。太陽黑子出現緯度位置隨太陽活動周發展而變化的規律，稱為斯波勒定律。

蒙德蝴蝶圖的提出

英國天文學家愛德華·瓦爾特·蒙德【Edward Walter Maunder(1851–1928)】和他的第二任妻子安妮·蒙德【Annie Maunder】經過二十多年的精心觀測，1904年將觀測數據繪製成圖，以時間為橫坐標，以黑子群出現的緯度為縱坐標，得到了能夠形象展示斯波勒定律的“蒙德蝴蝶圖”。多個太陽活動周的黑子群出現位置分布的變化就像一隊展翅飛翔的蝴蝶。

海爾定律

美國著名天文學家喬治·海爾【George Ellery Hale(1868 - 1938)】利用自己研製的太陽單色光照相儀首次測得了太陽黑子的磁場。黑子經常成對出現，並隨著太陽自東向西自轉，習慣上將西邊的稱為前導黑子，東變的稱為後隨黑子，海爾發現它們的磁場極性總是相反的，所以又稱為雙極黑子。經過了十多年的觀測後，海爾又發現在同一個11年太陽活動周期內，太陽南半球或北半球同一個半球中，所有雙極黑子的磁場極性分布都相同。而太陽南北兩個半球前導、後隨黑子的磁場極性分布相反。而且當下一個11年活動周來臨後，太陽南北兩個半球的雙極黑子的磁場極性發生對換。因此按照這個黑子磁場變換規律，太陽黑子變化一個完整的周期需要大約22年，這就是所謂的太陽活動的海爾定律。

美國天文學家巴布科克父子經過幾十年的觀測研究，發現在太陽黑子以外的區域也存在著磁場。這種磁場同黑子磁場相比很小，分布於整個太陽表面，近似是個雙極磁場，像一個大磁鐵。在太陽活動周極大年份，兩極區域的弱磁場極性發生改變。另外他們還發現日面上大多數雙極黑子群的正負磁場通量大致平衡。黑子磁場主要依靠擴散減弱，存在前導部分向赤道後隨部分以及向極區擴散的傾向。基於這兩個觀測事實，巴布科克父子認為，太陽活動周起源於太陽偶極子磁場與太陽較差自轉的相互作用，被拉伸的沿著赤道方向的磁場浮現為雙極黑子，黑子磁場因擴散和對消而減弱，成為太陽偶極弱磁場，周而復始形成太陽活動周。

產生原因

觀點

儘管人們已經知道太陽活動的周期大約是11年，但是什麼駕馭著這個不停蹄的模式，依然是個未解之謎。比較能獲得認同的觀點有：

1．太陽慣性的運動

2．太陽噴射流的“扭轉振盪”。

觀點解析

位於科羅拉多州的美國國家大氣研究中心的高地平唯獨天文台的研究人員認為：關鍵就在於拖曳著極大部分的磁場一起在太陽的赤道和兩極間循環的氣流。

跟地球一樣，太陽也有南北磁極，儘管其磁場強度要比地球強數百倍。早在1908年，美國天體物理學家G·海爾的觀測就表明，太陽黑子的磁場還要強3000倍左右，這種磁場的集中式由太陽旋轉的方式所引起的。太陽不是一個堅硬的球，而是一個電漿——氣體原子在高溫電離成帶負電的電子和帶正電的離子的球。這就是的太陽的不同唯獨以不同的速度旋轉。例如，赤道完成一次旋轉需要26天，而靠近兩極的地區需時要長若干天。

電漿中移動的電荷會產生磁場，恰似電流流過電線一樣。差動旋轉會造成磁場的畸變，最終引起磁力線自相纏繞。在深入表面內部20萬公里、稱做輻射圈的太陽內層與稱做對流圈的周圍層之間的界線處，此種作用最為強烈。

部分盤繞著的磁場會散開，使磁場的環像充滿誰的膠皮管穿過太陽內部飄起來。磁環穿透太陽外殼（光球層）的兩處便形成太陽黑子。

對地球的影響

對人類生活的影響

隨著太陽活動周的到來，太陽活動將逐漸增加，太陽耀斑和日冕無知拋射發生的次數將越來越多，高能帶電粒子和強烈的電磁輻射不斷襲擊地球空間進而影響地球空間環境，干擾地球磁場和高空電離層，從而會使得短波無線通訊信號中斷，軍用，民用航空通信，全球定位系統信號，甚至手機和銀行自動取款機都有可能受到干擾，影響人們的正常生活和生產活動。

在太空運行的人造衛星、飛行器、宇宙飛船和高空飛行的飛機，受到來自太陽的高能帶電粒子的襲擊，會造成有些零部件損壞導致整個設備系統不能正常工作。乘坐在飛機和飛行器上的飛行員和太空人的身體也會受到來自太陽的高能帶電粒子傷害。受太陽活動影響的還有長距離的高壓輸電系統和輸油管道。

對地球氣候的影響

通過在太陽活動周期與地球全球氣候之間建立起的重要關聯，美國國家大氣研究中心科學家領導的一項科學研究發現，太陽活動的高峰期和活動的餘波能夠影響地球，導致地球太平洋熱帶出現類似拉尼娜和厄爾尼諾的現象。

太陽黑子的活動周期為11年，在整個周期中，太陽到達地球的總能量變化僅為0.1%。數10年來，科學家一直在試圖將抵達地球的太陽能量的變化與地球的自然天氣和氣候變化關聯起來，同時將太陽能量變化對地球氣候的影響與人類活動對氣候的影響區別開來。

美國國家大氣研究中心科學家吉羅德·米爾認為，他們的研究所建立的新機制能幫助了解太陽活動高峰時對太平洋熱帶地區的影響。事實上，太陽釋放的能量處於峰值時，它對熱帶地區的降雨量和世界許多地區的天氣體系具有微妙但長遠的影響。

研究表明，在太陽活動高峰期，太陽加熱上空無雲的太平洋地區導致海水蒸發加劇，從而增強了熱帶降雨和颳風，同時導致東太平洋降溫。雖然1華氏度至2華氏度的降溫發生在東太平洋較遠的地區，但是上述海水蒸發、降雨颳風和降溫等一系列情況產生的結果類同於出現了一次拉尼娜現象，只是其強度只有典型的拉尼娜現象的一半。

此外，在類同於拉尼娜現象發生後一年至兩年間，隨著緩慢移動的海流用較暖和的海水取代東熱帶太平洋的冷水，由太陽活動高峰引起的類拉尼娜現象將演變成類厄爾尼諾現象。同樣，海洋產生的反應強度也只有典型厄爾尼諾現象的50%。

真正的拉尼娜現象和厄爾尼諾現象與東太平洋海水表面的溫度變化相關，這兩種現象均能影響全球的天氣分布狀態。米爾表示，厄爾尼諾現象和拉尼娜現象似乎具有相異的機制，但是太陽活動高峰本身便可引發較弱的拉尼娜現象。如果體系的走向是出現拉尼娜現象，那么它將有望是一次更大的拉尼娜。

太陽活動周期