編者按："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。
9月15日，美國國家航空航天局（NASA）在其官網上發佈一條消息，稱太陽已經開始了一個新的週期，被稱為第25個太陽周。且不論這是第幾個周，到底什麼叫“太陽周”呢？太陽的什麼規律遵循什麼週期嗎？這事是憑什麼、由誰決定的呢？
大家可能還記得科幻電影《2012》，裡面說2012年地球出現了一系列的災難。這部電影的靈感就來自NASA的一份報告，裡面警告2012年太陽的“活動”“可能”非常強，“可能”給全世界的電子系統帶來巨大的災難，不過到了當年，以及這部電影當中，就被作為一種確定結論去描述了。2012年就屬於第24個太陽周。
電影《2012》海報（圖片來自網絡）
什麼是太陽的“活動”呢？大家可能聽過很多太陽上發生的現象，比如太陽黑子、光斑、譜斑、耀斑、日珥、CME事件等等，這些太陽大氣中的劇烈現象被稱為它的活動，被認為是由太陽大氣中的電磁過程引起。
太陽黑子和耀斑是大家常在新聞上看到的。太陽黑子是太陽表面一些黑乎乎的區域，出現的高度被稱為太陽的光球層，這裡發出的正是我們肉眼看到的可見光，而其中較暗的地方就是黑子。其實黑子非常大，常常可以比咱們地球還大。在我國史書上有著豐富的黑子目視記錄，僅正史上就有100多次。現在公認的世界上第一次明確的黑子記錄是公元前28年我國漢朝人所觀測到的。在《漢書·五行志》裡是這樣記載的：“成帝河平元年三月乙未，日出黃，有黑氣，大如錢，居日中央”。公元1610年，著名的意大利天文學家伽利略首次用望遠鏡觀察太陽黑子，發現黑子是太陽表面非常普遍的現象。不過，這一觀測結果與當時的宗教教義相牴觸。從1818年開始才有比較常規的每日黑子觀測，從而有比較可靠的黑子資料。
太陽“光球”上黑子的樣子（圖片來自網絡）
1859年9月1日的上午，英國天文愛好者卡林頓觀測太陽黑子時，日面北側一個大的複雜黑子群附近突然出現了兩道極其明亮的白光，其亮度迅速增加，遠遠超過光球背景，明亮的白光僅維持了幾分鐘就很快消失了。同在這一天，英國天文學家霍奇森也看到了這次太陽上的突發現象。這是耀斑的第一次記錄，同時也是白光耀斑的第一次記錄。具有光輝奪目的特徵，也就無愧被稱為“耀”斑。
耀斑是強烈的太陽活動現象（圖片來自網絡）
包括太陽黑子和耀斑在內的許多現象描述了太陽大氣當中發生的過程的強烈程度——它們有時候出現頻繁而且非常強，輻射強度很大，還釋放出許多物質進入太空，並且往往引起地球上極光、磁暴和電離層擾動等現象，但有時候發生率又很低，顯示出“風平浪靜”的時期。1843年，德國天文學家施瓦布年復一年的持續觀察與統計了17年太陽盤面上黑子變化的平均數量後，發現太陽黑子數量的多寡有大約11年的週期。粗略來看，曾觀測到的週期最短的約有9年，最長的約有14年，平均長度為11.1年。其餘的太陽活動也大略遵循這一規律，這也是為什麼太陽黑子的數量老被當成表徵太陽活動週期的基本標誌。
有一張非常有名的太陽“蝴蝶圖”，來自1904年英國天文學家愛德華·蒙德將太陽黑子活動的緯度為縱座標、時間為橫座標，畫出的每天的太陽黑子的緯度分佈隨時間變化的圖，如下圖中的上圖所示，當週期開始時，黑子出現在中緯度的區域，隨著週期的推展，黑子出現的緯度逐漸相赤道接近，直到極小期才會出現在赤道上。圖形在南北半球大體對稱，對應為黑子高發區隨時間向赤道集中，好像一隻只蝴蝶。
太陽活動“蝴蝶圖”（圖片來源：NASA）
太陽的活動在一個週期中有強有弱，我們把太陽活動強的年份叫太陽活動高年，對應太陽黑子數最多的時間，其他太陽活動也又多又強；太陽活動弱的叫太陽活動低年，對應太陽黑子數最少的時間，太陽活動很少發生甚至不發生，顯得比較平靜。太陽活動也像正弦曲線一樣，從太陽活動的高年到高年、或者低年到低年，或者在兩個週期當中自定義的相同相位，其之間的時間都是平均餘額11.1年，也就是一個週期。下圖呈現了第24週期中處於極大期（左，拍攝於2014年4月）和極小期（右，拍攝於2019年12月）的太陽，可以看出兩者存在明顯差異。
太陽活動高年（左2014年4月）和低年和（右2019年12月）（圖片來源：NASA）
既然每大概11年是一個週期，科學家就給它們編了號，叫成“太陽週期”，也就是太陽周，這是人為制定的。開篇我們說第24/25太陽周，不是因為太陽只經歷了二十多個太陽週期，而是我們人類觀察並記錄黑字數的記錄是有限的。科學家將1755年到1766年的太陽活動週期定為第1週期，到2019年太陽活動逐漸結束了第24週期，如今進入第25週期。第25太陽周的極大值年大約是2025年。既然每11年一個週期，2012年自然還屬於第24個太陽周。
根據後來的理論研究和分析，喬治·海爾等科學家提出太陽的磁場變化週期大約是22年，磁極要兩次扭轉之後才會回到相同磁極的狀態，其中南北半球在大約11年的時候會倒一次，表現出來的太陽活動週期就是大約11年。22 年的週期被稱為海爾週期。
來源：中國科學院國家空間科學中心
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