太阳表面
11年的太阳周期将会对地球的天气产生巨大的影响。
2019年12月20日，冰岛遭遇了有史以来最大的暴风雪之一。所谓的“十年一遇风暴”带来的是时速161公里/小时的狂风，而一个气象站测得的阵风最高时速为240公里/小时。
冰岛东北部的持续风速达到145公里/小时，北部降雪厚达3米。暴风雪是如此严重，以至于冰岛气象局发布了前所未有的“红色警报”。
雪龙卷导致陆地上的大气压力降至944毫巴，而海平面的平均压力通常超过1000毫巴。相比之下，桑迪飓风在2012年登陆新泽西时带来了946毫巴。
历史上，冰岛、欧洲和北美的天气一直与太阳的黑子活动有关。根据美国国家航空航天局（NASA）的数据，在2020年，目前正处于第25个太阳周期的太阳将达到200年来活动的最低点。
什么是太阳周期？
太阳周期是太阳磁场的11年周期波动，在此期间，其北极和南极相互交换。这对黑子的数量和大小、太阳辐射的水平以及由耀斑和日冕环构成的太阳物质射出都有巨大影响。
1775年，丹麦天文学家克里斯蒂安·霍雷博（Christian Horrebow）首次注意到了太阳周期，他观察到黑子的数量和大小重复出现。
在1843，德国天文学家塞缪尔·海因里希·施瓦布（Samuel Heinrich Schwabe）也指出太阳黑子数量的波动，而瑞士天文学家鲁道夫·沃尔夫（Rudolf Wolf）根据伽利略的观测数据重建了太阳周期。
Wolf创建了一个称为“沃尔夫指数”的太阳黑子计数方案，以及一个编号方案，其中1755年至1766年的周期被指定为“太阳周期1”。
在黑子周期开始时，黑子出现在太阳的北纬和南纬中纬度。然后，它们向赤道移动，直到达到日照最小值。最终，黑子衰变并将磁通量释放到太阳的表面或光球上。
太阳黑子资料来源：NASA / Flickr
太阳周期对天气的影响
1645年和1715年之间的时间段是太阳黑子的最低点，这对应于欧洲和北美的温度下降。以天文学家爱德华·蒙德（Edward Maunder）和他的妻子安妮·拉塞尔·蒙德（Annie Russell Maunder）的名字命名，这一时期被称为“蒙德极小期”，也被称为“小冰期”。
在英国和荷兰，运河和河流冻结得足够深，人们可以在上面滑冰，甚至可以在河流上举行节日庆典。在英格兰冰冻的泰晤士河上，第一次“霜冻博览会”于1608年举行，最后一次于1814年举行。
冻结的荷兰运河 资料来源： Bartholomeus Johannes van Hove / Wikimedia Commons
一个2010年的研究回顾了直到1659年的天气记录，其中包含在中英格兰中部的温度记录。科学家发现，“自1985年以来，平均太阳活动迅速下降，来自宇宙的同位素表明，在未来50年内，有88％的可能达到”蒙德极小期”的水平。
其他太阳黑子极小值出现在1450年至1540年，称为史波勒极小期（Spörer Minimum）和1790年至1820年，称为道尔顿极小期（Dalton Minimum）。
一个2002年的研究得出的令人惊讶的结论是，太阳表面的旋转在1683年至1684年冬天的蒙德极小期的最低处减慢了。根据英格兰中部温度记录，这是有记录以来最冷的冬天。
太阳辐射与太阳活动周期同时变化。太阳辐射在日照最大时比日照最小时高0.07％。紫外线与可见光的比率有所不同。
美国国家海洋和大气管理局（NOAA）太空天气预测中心（SWPC），NASA和国际太阳能协会（ISES）对第25号太阳周期的预测预计将有一个非常低的值，而最高值将在2023年和2026年之间发生。在那个最大值期间，他们预测太阳将有95至130个黑子。
恶劣的太空天气
太阳的磁场决定了日冕结构。这是太阳大气的最外层部分，只能在日食期间才能看到。
日冕 来源：Luc Viatour / Wikimedia Commons
当太阳磁场发生破坏时，会发生日冕物质抛射（CME）。它们将紫外线和X射线以及高能粒子发送到地球，对地球的高层大气产生严重影响。今天，这被称为“太空天气”。
高能粒子对地球磁场之外的宇航员可能是危险的。NASA为未来的火星飞行计划设计了一个辐射“避难所”，宇航员可以在其中避开太空天气风暴。
太阳极大期时的CME的频率比极小期高50倍。这个规则的例外发生在2006年12月，当时正值日照最低值，有记录以来最亮的CME之一发生在2006年12月5日。
新的第25个太阳周期将于2020年正式开始，并将在2025年的某个时候达到最大。
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