我们又要面临小冰期吗？
撰文/陈鹏飞
1609年，义大利物理学家伽利略发明天文望远镜。他不仅看到了木星卫星、土星光环和月亮环形山，也在太阳表面看到了很多肉眼看不见的小黑子。自此，人类就能够逐日记录下太阳黑子的数目。德国天文爱好者施瓦贝在经过数十年的观测之后，赫然发现黑子的数目似乎呈现周期性的变化，这就是我们熟知的太阳活动11年周期：在每个周期的前3～5年中，黑子数目由少而多，直到黑子数极大；在之后的5～7年里，黑子数目逐渐减少，直至黑子数极小。
然而，太阳黑子数的变化并不是如此简单的周而复始。首先，在每个周期的极大年中，太阳黑子数目并不相同；其次，太阳活动周的时长也并不稳定，短的只有9年，长的可超过14年。因此，有人提出太阳黑子还存在多个周期，比如约87年的格莱斯堡周期，约210年的休斯周期，约2400年的哈尔史塔特周期。太阳黑子对应于太阳表面的强磁场区域，而磁场的产生与消亡并非简单的线性过程，它其实是一个非线性过程和各种随机扰动的叠加。正因如此，太阳黑子数的演化偶尔会出现一些异常现象，譬如蒙德极小期：在1645～1715年的70年间，太阳上几乎没有黑子！通过分析树木年轮或冰芯中的碳14和铍10的含量，人们发现在过去的1万多年里，平均每400年左右太阳黑子数就会出现一次类似于蒙德极小期那样的超级极小期。
太阳黑子多了，其强磁场相互作用便会产生太阳耀斑甚至日冕物质抛射，将数十亿吨的物质以上千千米每秒的速度抛向太空。一旦朝向地球，地球的磁场和电离层就会受到严重干扰，甚至发生地磁暴，可能影响航空航天活动、通讯、导航乃至电网。1859年9月1日的太阳耀斑及伴随的爆发是如此之强烈，一些电报员居然触电，极光甚至延伸到我国华北地区。幸好彼时人类电子科技仍处在萌芽状态。据估计，倘若同样的太阳爆发事件发生在当今，人类的损失将达到数十万亿元以上。
遗憾的是，太阳黑子少的话，也不意味著天下太平。江淮流域的几次特大洪水分别发生在1931年、1954年、1975年和1998年，都对应太阳黑子极小年。更为极端的一个例子是蒙德极小期，正好对应著地球上小冰期（明清小冰期）中最冷的一段。虽然两者的因果关系尚存在争议，但逻辑上是没有问题的：太阳黑子少了，表明太阳表面活动减弱，太阳的总亮度下降，地球表面接收的太阳辐射也随之减少。低温和过多的雨水会导致粮食大量减产。此外，太阳黑子少了，太阳系的磁场变弱，宇宙线便更容易穿透太阳系到达地球。而宇宙线会改变高空的化学组成、激励闪电、加剧云的形成，也会让飞行人员接受更多辐射。
按照蒙德极小期这样的超级极小期平均每400年发生一次的统计规律，太阳也许又将面临一个新的超级极小期。当然，这种简单类推尚不足为信。然而，研究人员确实发现了一些隐隐约约的异常特征，比如：太阳南北极磁场在持续减弱；太阳高纬度区域的自转在减慢；本次太阳活动周下降阶段黑子数目减少得比预期要快；2008年前后的太阳活动极小期异常地长，而且有817天没有出现黑子，这可是上一个极小期的2.6倍；等等。诸如此类的特征似乎在暗示著又一个蒙德极小期即将来临，有人预言将在2040年前后，也有人预言在2090年前后。
2009年7月22日，笔者带领几十位国内外同行去南京郊外看日全食，并告诉大家几点几分天会黑下来，大家可以欣赏美丽的日冕和星空。当日全食结束后，我母亲告诉我，之前她一直在替我担心，生怕天黑不下来，那我就出国际洋相了，直到日全食发生后她的心才放下来。我母亲不知道日全食是可以由科学计算准确预言的。然而，宇宙中确实有太多现象是无法准确预言的，一方面我们目前科学发展存在局限性，另一方面，宇宙中很多现象远比太阳系天体运转复杂得多得多，有些本来就是混沌或是随机的。太阳黑子的异常以及这种异常对地球带来的影响就是一个例子，读者们会惊讶地发现我们对此仍然知之甚少。太阳也好，地球也罢，都还有太多的奥秘在等待我们去探索。
陈鹏飞：南京大学天文与空间科学学院教授，教育部长江学者。主要研究领域为太阳爆发活动规律与机制。2010年获得国家自然科学基金委杰出青年基金。担任《中国科学》《天文学报》《天文学进展》《Solar Physics》《Reviews of Modern Plasma Physics》期刊编委。
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