太陽表面
11年的太陽週期將會對地球的天氣產生巨大的影響。
2019年12月20日，冰島遭遇了有史以來最大的暴風雪之一。所謂的“十年一遇風暴”帶來的是時速161公里/小時的狂風，而一個氣象站測得的陣風最高時速為240公里/小時。
冰島東北部的持續風速達到145公里/小時，北部降雪厚達3米。暴風雪是如此嚴重，以至於冰島氣象局發佈了前所未有的“紅色警報”。
雪龍捲導致陸地上的大氣壓力降至944毫巴，而海平面的平均壓力通常超過1000毫巴。相比之下，桑迪颶風在2012年登陸新澤西時帶來了946毫巴。
歷史上，冰島、歐洲和北美的天氣一直與太陽的黑子活動有關。根據美國國家航空航天局（NASA）的數據，在2020年，目前正處於第25個太陽週期的太陽將達到200年來活動的最低點。
什麼是太陽週期？
太陽週期是太陽磁場的11年週期波動，在此期間，其北極和南極相互交換。這對黑子的數量和大小、太陽輻射的水平以及由耀斑和日冕環構成的太陽物質射出都有巨大影響。
1775年，丹麥天文學家克里斯蒂安·霍雷博（Christian Horrebow）首次注意到了太陽週期，他觀察到黑子的數量和大小重複出現。
在1843，德國天文學家塞繆爾·海因裡希·施瓦布（Samuel Heinrich Schwabe）也指出太陽黑子數量的波動，而瑞士天文學家魯道夫·沃爾夫（Rudolf Wolf）根據伽利略的觀測數據重建了太陽週期。
Wolf創建了一個稱為“沃爾夫指數”的太陽黑子計數方案，以及一個編號方案，其中1755年至1766年的週期被指定為“太陽週期1”。
在黑子週期開始時，黑子出現在太陽的北緯和南緯中緯度。然後，它們向赤道移動，直到達到日照最小值。最終，黑子衰變並將磁通量釋放到太陽的表面或光球上。
太陽黑子資料來源：NASA / Flickr
太陽週期對天氣的影響
1645年和1715年之間的時間段是太陽黑子的最低點，這對應於歐洲和北美的溫度下降。以天文學家愛德華·蒙德（Edward Maunder）和他的妻子安妮·拉塞爾·蒙德（Annie Russell Maunder）的名字命名，這一時期被稱為“蒙德極小期”，也被稱為“小冰期”。
在英國和荷蘭，運河和河流凍結得足夠深，人們可以在上面滑冰，甚至可以在河流上舉行節日慶典。在英格蘭冰凍的泰晤士河上，第一次“霜凍博覽會”於1608年舉行，最後一次於1814年舉行。
凍結的荷蘭運河 資料來源： Bartholomeus Johannes van Hove / Wikimedia Commons
一個2010年的研究回顧了直到1659年的天氣記錄，其中包含在中英格蘭中部的溫度記錄。科學家發現，“自1985年以來，平均太陽活動迅速下降，來自宇宙的同位素表明，在未來50年內，有88％的可能達到”蒙德極小期”的水平。
其他太陽黑子極小值出現在1450年至1540年，稱為史波勒極小期（Spörer Minimum）和1790年至1820年，稱為道爾頓極小期（Dalton Minimum）。
一個2002年的研究得出的令人驚訝的結論是，太陽表面的旋轉在1683年至1684年冬天的蒙德極小期的最低處減慢了。根據英格蘭中部溫度記錄，這是有記錄以來最冷的冬天。
太陽輻射與太陽活動週期同時變化。太陽輻射在日照最大時比日照最小時高0.07％。紫外線與可見光的比率有所不同。
美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）太空天氣預測中心（SWPC），NASA和國際太陽能協會（ISES）對第25號太陽週期的預測預計將有一個非常低的值，而最高值將在2023年和2026年之間發生。在那個最大值期間，他們預測太陽將有95至130個黑子。
惡劣的太空天氣
太陽的磁場決定了日冕結構。這是太陽大氣的最外層部分，只能在日食期間才能看到。
日冕 來源：Luc Viatour / Wikimedia Commons
當太陽磁場發生破壞時，會發生日冕物質拋射（CME）。它們將紫外線和X射線以及高能粒子發送到地球，對地球的高層大氣產生嚴重影響。今天，這被稱為“太空天氣”。
高能粒子對地球磁場之外的宇航員可能是危險的。NASA為未來的火星飛行計劃設計了一個輻射“避難所”，宇航員可以在其中避開太空天氣風暴。
太陽極大期時的CME的頻率比極小期高50倍。這個規則的例外發生在2006年12月，當時正值日照最低值，有記錄以來最亮的CME之一發生在2006年12月5日。
新的第25個太陽週期將於2020年正式開始，並將在2025年的某個時候達到最大。
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