我們又要面臨小冰期嗎？
撰文/陳鵬飛
1609年，義大利物理學家伽利略發明天文望遠鏡。他不僅看到了木星衛星、土星光環和月亮環形山，也在太陽表面看到了很多肉眼看不見的小黑子。自此，人類就能夠逐日記錄下太陽黑子的數目。德國天文愛好者施瓦貝在經過數十年的觀測之後，赫然發現黑子的數目似乎呈現週期性的變化，這就是我們熟知的太陽活動11年週期：在每個週期的前3～5年中，黑子數目由少而多，直到黑子數極大；在之後的5～7年裏，黑子數目逐漸減少，直至黑子數極小。
然而，太陽黑子數的變化並不是如此簡單的周而復始。首先，在每個週期的極大年中，太陽黑子數目並不相同；其次，太陽活動周的時長也並不穩定，短的只有9年，長的可超過14年。因此，有人提出太陽黑子還存在多個週期，比如約87年的格萊斯堡週期，約210年的休斯週期，約2400年的哈爾史塔特週期。太陽黑子對應於太陽表面的強磁場區域，而磁場的產生與消亡並非簡單的線性過程，它其實是一個非線性過程和各種隨機擾動的疊加。正因如此，太陽黑子數的演化偶爾會出現一些異常現象，譬如蒙德極小期：在1645～1715年的70年間，太陽上幾乎沒有黑子！通過分析樹木年輪或冰芯中的碳14和鈹10的含量，人們發現在過去的1萬多年裡，平均每400年左右太陽黑子數就會出現一次類似於蒙德極小期那樣的超級極小期。
太陽黑子多了，其強磁場相互作用便會產生太陽耀斑甚至日冕物質拋射，將數十億噸的物質以上千千米每秒的速度拋向太空。一旦朝向地球，地球的磁場和電離層就會受到嚴重幹擾，甚至發生地磁暴，可能影響航空航天活動、通訊、導航乃至電網。1859年9月1日的太陽耀斑及伴隨的爆發是如此之強烈，一些電報員居然觸電，極光甚至延伸到我國華北地區。幸好彼時人類電子科技仍處在萌芽狀態。據估計，倘若同樣的太陽爆發事件發生在當今，人類的損失將達到數十萬億元以上。
遺憾的是，太陽黑子少的話，也不意味著天下太平。江淮流域的幾次特大洪水分別發生在1931年、1954年、1975年和1998年，都對應太陽黑子極小年。更為極端的一個例子是蒙德極小期，正好對應著地球上小冰期（明清小冰期）中最冷的一段。雖然兩者的因果關係尚存在爭議，但邏輯上是沒有問題的：太陽黑子少了，表明太陽表面活動減弱，太陽的總亮度下降，地球表面接收的太陽輻射也隨之減少。低溫和過多的雨水會導致糧食大量減產。此外，太陽黑子少了，太陽系的磁場變弱，宇宙線便更容易穿透太陽繫到達地球。而宇宙線會改變高空的化學組成、激勵閃電、加劇雲的形成，也會讓飛行人員接受更多輻射。
按照蒙德極小期這樣的超級極小期平均每400年發生一次的統計規律，太陽也許又將面臨一個新的超級極小期。當然，這種簡單類推尚不足為信。然而，研究人員確實發現了一些隱隱約約的異常特徵，比如：太陽南北極磁場在持續減弱；太陽高緯度區域的自轉在減慢；本次太陽活動周下降階段黑子數目減少得比預期要快；2008年前後的太陽活動極小期異常地長，而且有817天沒有出現黑子，這可是上一個極小期的2.6倍；等等。諸如此類的特徵似乎在暗示著又一個蒙德極小期即將來臨，有人預言將在2040年前後，也有人預言在2090年前後。
2009年7月22日，筆者帶領幾十位國內外同行去南京郊外看日全食，並告訴大家幾點幾分天會黑下來，大家可以欣賞美麗的日冕和星空。當日全食結束後，我母親告訴我，之前她一直在替我擔心，生怕天黑不下來，那我就出國際洋相了，直到日全食發生後她的心才放下來。我母親不知道日全食是可以由科學計算準確預言的。然而，宇宙中確實有太多現象是無法準確預言的，一方面我們目前科學發展存在侷限性，另一方面，宇宙中很多現象遠比太陽系天體運轉複雜得多得多，有些本來就是混沌或是隨機的。太陽黑子的異常以及這種異常對地球帶來的影響就是一個例子，讀者們會驚訝地發現我們對此仍然知之甚少。太陽也好，地球也罷，都還有太多的奧祕在等待我們去探索。
陳鵬飛：南京大學天文與空間科學學院教授，教育部長江學者。主要研究領域為太陽爆發活動規律與機制。2010年獲得國家自然科學基金委傑出青年基金。擔任《中國科學》《天文學報》《天文學進展》《Solar Physics》《Reviews of Modern Plasma Physics》期刊編委。
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