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    太空天氣

    太陽活動超低潮？


    引言
    1. 什麼是太陽活動「超低潮」？
    2. 遲遲未見新一輪的「扭向振動」
    3. 疲弱的「奔往兩極」現象
    4. 太陽黑子磁場強度的長期減弱趨勢

        撰文：趙孔儒     2012年3月

    引言

    這是上期通訊一篇題為「太陽活動的最新預測」的續篇文章。縱使目前第24個太陽週期的活動正處於上升階段，並預期它的極大期會在2013年出現，但已有科學家對本週期完結後的情景作出預告，本文會簡單介紹可能發生的情況。


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    1. 什麼是太陽活動「超低潮」？
      太陽活動「超低潮」是指太陽活動在一段頗長的時間異常低沉。在2011年6月，美國天文學會的一些太陽物理學家 (Hill et al., Altrock, Livingston et al.)預測，在目前第24個太陽週期完結時，太陽可能會進入一個太陽活動「超低潮」。以下簡述他們分別從「扭向振動」、「奔往兩極」現象和太陽黑子磁場強度趨勢所得出的研究結果。

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    2. 遲遲未見新一輪的「扭向振動」

      緯向﹙西-東﹚的「急流」以高速圍繞太陽轉動。在太陽活動週期極小期，「急流」開始在中緯度形成，隨著太陽活動週期進入極大期，「急流」往赤道和兩極遷移（圖 1）。這種緯向「急流」的遷移模式被稱為「扭向振動」。太陽黑子傾向在從較高緯度移往赤道的急流分支附近出現，形成被稱為「蝴蝶圖」的太陽黑子遷徙形態（圖 2）。

      「急流」預計在目前第24個太陽活動週期內在中緯度區域再次形成。然而，自2008年第23個太陽活動週期極小期後已過了約兩年時間，還沒有觀察到新的「急流」在中緯度形成向兩極遷移的現象。下一次太陽活動極小期理應在第24個太陽週期結束和第25個太陽週期開始之間發生，但由於這些「急流」還沒有出現或延後，F. Hill認為第25個太陽活動週期可能會推遲到2021或2022年或甚至更後才開始，導致一段長時間的沉寂太陽活動，即是太陽活動「超低潮」。

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      圖1：顯示「急流」向太陽赤道和兩極遷移的示意圖。 

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      圖2：在2012年3月出版的蝴蝶圖（圖像來源：NASA） 


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    3. 疲弱的「奔往兩極」現象

      太陽磁場兩極每11年換轉一次（見2010年6月「香港天文台教育資源電子通訊」第二十六期一篇文章的闡釋）。在一個典型週期過程中，太陽活動週期開始時黑子通常大約在緯度70度形成，然後如蝴蝶圖（圖 2）所示逐漸移向赤道。與此同時，新週期的磁場會把前一週期的殘餘磁場活動推向兩極，遠至85度的區域。這就是所謂「奔往兩極」現象。

      從太陽內部升起的磁力線很容易把鐵離子集中起來。在日冕裡，由高度電離的鐵離子（Fe XIV）發出的光譜線，展示了區域性的亮度強弱分佈，形成日冕特徵，稱為「發射特徵」。這些特徵與太陽內部的強磁場結構有關，反映了太陽內部的磁場變化。「發射特徵」在緯度 55度附近開始出現，需要三或四年的時間才抵達兩極。根據以往太陽活動週期「奔往兩極」的觀察，太陽活動的高峰期約在「發射特徵」抵達並消失在兩極之前 14個月出現，平均緯度是76度（圖3）。

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      圖3：顯示「高度電離的鐵離子（Fe XIV）發射特徵」地區出現在日冕的簡化示意圖。


      透過分析和追踪這些日冕「發射特徵」出現的區域所計算出來的參數遠低於年平均值，顯示第24個太陽活動週期的極大期將會是疲弱的，並會在2013年出現。 Altrock還發現目前第24個太陽活動週期的「奔往兩極」現象有滯後和偏弱的情況。因此，第23個太陽活動週期的殘餘磁場活動，可能仍然存留於極地區域附近，引致隨後的太陽活動存在不確定性。


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    4. 太陽黑子磁場強度的長期減弱趨勢

      Livingston  et al .分析了太陽黑子暗影上最黑暗位置的磁場強度，發現平均磁場強度有長期減弱的趨勢。依照現時趨勢外推，到2021與2022年之間第25個太陽活動週期時，太陽黑子形成的可能性不大。


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       參考：

    1. 這連結會以新視窗打開。American Astronomical Society (AAS) press release of 14 June 2011.
    2. 這連結會以新視窗打開。Full abstract book for the 2011 Meeting on 12-16 June 2011 of the American Astronomical Society, Solar Physics Division.
    3. "Large-Scale Zonal Flows During the Solar Minimum -- Where Is Cycle 25?" by Frank Hill, R. Howe, R. Komm, J. Christensen-Dalsgaard, T.P. Larson, J. Schou & M. J. Thompson, presented at the Annual Meeting of the Solar Physics Division of the American Astronomical Society, New Mexico State University, Las Cruces, NM, June 13-16, 2011.
    4. "A Decade of Diminishing Sunspot Vigor", by W. C. Livingston, M. Penn & L. Svalgard, presented at the Annual Meeting of the Solar Physics Division of the American Astronomical Society, New Mexico State University, Las Cruces, NM, June 13-16, 2011.
    5. "Whither Goes Cycle 24? A View from the Fe XIV Corona", by R. C. Altrock, presented at the Annual Meeting of the Solar Physics Division of the American Astronomical Society, New Mexico State University, Las Cruces, NM, June 13-16, 2011.
    6. 「太陽黑子活動與磁極反轉的關係」，撰文：趙孔儒，香港天文台教育資源電子通訊，第二十六期 (2010年6月)。
    7. "這連結會以新視窗打開。New Method for Determining the Time and Amplitude of Solar Maximum", by Dick Altrock, Todd Brown, Joe Elrod, John Cornett, Tim Henry, NOAO (National Optical Astronomy Observatory) Newsletter - National Solar Observatory - March 1999 - Number 57.
    8. "這連結會以新視窗打開。The Sunspot Cycle (Updated 2012/3/2)", Marshall Space Flight Center, NASA.
    9. 「太陽活動的最新預測」，撰文：趙孔儒，香港天文台教育資源電子通訊，第三十二期 (2011年12月)。 


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