太阳11年总辐射量增加0.1%:对地球影响重大

科普知识 少儿科普 2020-07-25 19:55:12 0 太阳  活动  影响  气候  变化  
太阳11年总辐射量增加0.1%:对地球影响重大

这六张图片是从太阳动力学观测站(SDO)选来的 ,代表着每六个月的 太阳活动情况。太阳动力学观测站自从2010年5月份不断地拍摄图片以来,一直在跟踪太阳活动的 上升水平,太阳活动高峰期可望在2013年到来。这些图片是在波长为171埃的 极紫外光状态下拍摄的 。空载仪器对太阳辐射总量(TSI)的 测量数据显示,在11年以及更短的 时间量程内,太阳活动变化率为0.1%。不同测量仪器造成的 校准偏差,在这些数据中已经得到纠正。1610年至2010年的 400年期间,年平均爆发的 太阳黑子数量。太阳光球外层的 图片显示了明亮和黑暗的 磁结构,这些磁结构造成了太阳辐射总量的 变化。

新浪科技讯 北京时间1月19日消息,从银河系 的 范围来看,太阳是颗极为稳定的 恒星 。尽管一些恒星 表现出强烈的 脉冲,大小及亮度会发生大幅度波动,有时甚至会爆炸,但是在11年的 太阳活动周期中,我们太阳的 亮度只发生了0.1%的 变化,这一变化微不足道。

然而,研究人员逐渐认识到:即使这些看来很小的 变化也会对地球气候产生重大的 影响。美国全国研究理事会(NRC)发布了一则新报告&mdash少儿科普农场 团购;—《太阳活动变化对地球气候的 影响》,有关太阳活动对地球的 影响,报告中列出了一些极为复杂的 机制。

要想了解太阳与地球气候之间的 关系 ,需要掌握非常宽泛的 专业知识,涉及等离子物理学、太阳活动、大气化学、流体力学、高能粒子物理学等领域的 知识,甚至还需要掌握地球历史学方面的 知识。然而,没有任何一个研究人员拥有解决问题所需的 全部知识。为了取得进展,全国研究理事会不得不将许多领域的 专家集中在一个专题讨论会上。这则报告概括了小学科普知识手抄报他们的 集体成果,真正地在多学科相互关系 中提出了问题的 关键所在。

参与人员之一、科罗拉多大学大气及空间物理实验室的 格雷格·柯普指出:尽管在11年的 太阳活动周期中太阳亮度有所变化,总辐射量只增加了0.1%,然而这样小的 变化仍然具有重大影响。“即使在特别短的 时期内照射亮度上发生0.1%的 变化,其影响也会超过所有其他能量来源所产生的 影响总和,包括来自地球核心的 自然放射能在内,”柯普说。

太阳的 极度紫外线辐射(EUV)是一个特别重要的 影响因素,这种辐射往往在太阳活动峰年前后的 年份达到高峰期。在波长相对较短的 极度紫外线辐射期间,太阳辐射量的 变化就不是小小的 0.1%了,而是猛增十倍或更大,这会严重地影响到上层大气的 化学成分和热结构。

几个研究人员讨论了上层大气的 变化如何转移下来影响地球表面。其实,太阳有着许多“自上而下”的 影响通道。例如,戈达德太空飞行中心的 查尔斯·杰克曼描述道:平流层中太阳释放的 高能粒子和宇宙射线会将臭氧的 水平减少几个百分点。由于臭氧吸收紫外线辐射,较少的 臭氧意味着较多的 太阳紫外线会到达地球表面。

美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的 艾萨克·赫尔德将这一研究推进了一步。他描述了平流层中的 臭氧减少可能会改变下面大气的 动力学。 “臭氧减少导致极地平流层温度的 降低,极地平流层温度降低又会增加对流层顶附近的 水平温度变化率,”他解释说,“这样就会通过中纬度气漩改变角动量的 通量,角动量很重要,因为对流层的 角动量控制着地球表面的 西风带。”换句话说,通过一系 列复杂的 因素,太阳活动对上层大气的 影响可以促使地面风暴改变轨迹。

专题讨论会上的 研究人员提出的 许多机制有着一种鲁布·戈德堡机械式的 性质。他们中有的 根据多层大气与海洋之间的 多级别相互作用进行研究,有的 依靠化学进行研究,其余的 依靠热力学或流体力学进行研究。这仅仅是因为问题很复杂,不代表问题不存在。

的 确是这样,国家大气研究中心(NCAR)的 杰拉尔德·米尔提出了具有说服力的 证据,证据表明太阳活动变化正在对气候产生持久性的 影响,尤其是对太平洋地区的 气候。这则报告中说:在太阳黑子峰年期,研究人员观察海面气温资料的 时候,他们发现热带太平洋表现出显著的 拉尼娜式气候模式,赤道附近的 东太平洋地区温度几乎降低了1摄氏度。此外,报告中还说:“有迹象表明,中纬度南北太平洋地区的 人体世界科普海平面气压高于正常水平,太平洋热带辐合带(ITCZ)和南太平洋辐合带(SPCZ)的 降雨量也有所增加。”这些都跟太阳黑子周期的 高峰期有关。

太阳活动周期信号在太平洋地区反映得非常强烈,米尔及同事开始怀疑太平世界华人科普作家协会第二次会员大会洋气候系 统中有一种力量起到了强化信号的 作用。“有关地球的 气候系 统之谜,其中之一就是:如果11年的 太阳活动周期中拥有相对较小的 波动,研究人员就会观测到热带太平洋地区气候信号的 巨大变化。”他们利用超级计算机对气候进行模拟,证明了在大气和海洋的 相互作用中不但需要“自上而下”的 机制,还需要“自下而上”机制,才能够加强太阳对太平洋表面的 影响力度。

近些年,研究人员考虑到了太阳有可能在全球变暖中起到一定的 作用。毕竟,太阳是我们地球热量的 主要来源。然而,全国研究理事会的 报告表明,太阳活动变化造成的 影响只是局部的 ,而不是全球性的 。太平洋地区只是其中的 一个例子。

美国国家大气研究中心的 卡斯珀科普知识进校园的选题·阿曼在报告中指出:“地球辐射平衡被打破的 时候,例如,在太阳活动周期的 影响发生了变化之时,并不是所有的 地点都受到相同的 影响。赤道附近的 太平洋中部地区温度通常会降低,秘鲁境内河流的 流量会减少,美国西部气生鲜食品的科普知识候会更加干燥。”

美国麻省大学的 雷蒙德·布拉德利研究了太阳活动的 历史资料,这些资料由放射性同位素记录在树木年轮和冰芯中。他说,太阳活动对区域降雨量的 影响比对气温的 影响更大。“如果说太阳活动对气候的 确有影响的 话,这种影响会通过整体循环的 变化表现出来,而不会直接影响温度信号。”这一观点跟政府间气候变化专门委员会(IPCC)的 结论以及全国研究理事会以前的 报告是一致的 。该观点认为:在过去的 50年中,太阳活动变化并没有引起全球变暖。

研究人员认为,太阳活动跟蒙德极小期之间很可能存在许多关联。蒙德极小期是17世纪至18世纪早期缺乏太阳黑子的 70年,是小冰期最冷的 一段时间,当时欧洲和北美经历了极为寒冷的 冬季。这种区域性的 降温机制可能是太阳极度紫外线辐射量降低造成的 ,然而这只是推测。

斯克里普斯海洋研究所的 丹·卢宾指出:通过观测银河系 其他位置的 类日恒星 ,来确定同类严重极小期的 发生频度,这是很有价值的 。“对类日恒星 系 统中严重极小期发生频度的 初步估计为10%至30%,这意味着太阳的 影响可能会让人难以承受。更新的 研究利用了欧洲宇航局依巴谷天体测量卫星 (Hipparcos)获得的 数据,适当地考虑了恒星 的 金属性,将上述估计数字降至不到3%。”这个数字不大,但具有重大意义。

的 确,目前的 太阳可能是一个蒙德极小期开始阶段。正在进行中的 第24个太阳活动周期是50多年中活动最弱的 。而且,众说不一的 证据显示,太阳黑子的 磁场力度有长期弱化下去的 趋势。国家太阳天文台的 马特·佩恩和威廉·利文斯顿预计:到第25个太阳活动周期到来的 时候,太阳上的 磁场将会变得很弱,如果有太阳黑子形成的 话,那也会是极少的 。有关日震学及表面极区的 独立研究倾向于支持他们的 结论。(注:沈阳市沈北新区少儿科普基地佩恩和利文斯顿没有参与全国研究理事会专题讨论会的 活动。)

“在这个太阳活动周期中,如果太阳真的 正在进入一个我们不熟悉的 阶段,那么我们需要加倍努力地来了解太阳活动与气候之间的 关系 ,”美国国家航空航天局“与星 同在计划部”的 利卡·古哈萨库塔指出,“关于如何启动下一步的 研究,该报告提出了一些好主意。”“与星 同在计划部”资助了全国研究理事会的 研究。

在专题小组讨论结束时,研究人员找出了接下来可能要进行的 几项研究。其中最重要的 一项就是部署一架辐射测量成像仪。目前测量太阳辐射总量所利用的 设备将所有的 太阳辐射归为一个数值:将所有不同纬度、经度和波长的 辐射归结为一个总辐射量。在跟踪太阳辐射输出的 一系 列时段中,这一综合结果成了唯一的 数值。

事实上,正如太阳物理学应用公司的 彼得·福卡尔指出的 那样:太阳辐射的 测量比较复杂。太阳不是一个亮度统一的 普通球体,相反,太阳盘面上布满了黑子造成的 暗区和被称为耀斑的 明亮磁泡。从根本上来讲,辐射测量成像技术可以绘制太阳表面图,揭示黑子和耀斑对太阳辐射的 影响。其中,耀斑是特别有趣的 。尽管在太阳活动最弱期太阳黑子往往会消失,但明亮的 耀斑不会消失。这也许可以解释,为什么太阳敏感型同位素碳14和铍10的 古气候记录,甚至在蒙德极小期也仅仅表现出微弱的 11年周期性。将一架辐射测量成像仪部署在未来的 太空观测站中,会增进研究人员的 了解,他们会认识到:需要将有关太阳活动与气候关系 的 探究寄托于未来长期无黑子出现的 时段。

一些出席讨论会的 人员强调了这一点:需要将有关太阳与气候关系 的 数据进行标准化编排,使之在世界最有权威的动物科普书多学科的 研究中得到广泛的 应用。由于太阳对气候的 影响机制很复杂,来自各个领域的 研究人员必须协作才能够成功地模拟出这些机制,然后再将互相矛盾的 结果进行对比。国家航空航天局、国家海洋和大气局、国家科学基金会之间应该不断加强合作,这是这一研究过程的 关键。

国家航空航天局总部的 世界科普经典读库气候科学家哈尔·马林研究了这则报告后指出:“讨论会成员提出了许多有趣的 可能性。然而,如果说有量化分析的 话,也没有量化到能够使我们确切地估计对气候影响的 程度。”利用具体而完美的 模拟系 统使可能性变得确切起来,对于研究人员来说是一个主要的 挑战。

最后,许多参加讨论会的 人们注意到,通过树木年轮和冰芯等古气候记录来揭示太阳活动与气候的 关系 是有难度的 。地球磁场的 变化和大气循环可能会影响到放射性同位素的 沉积状况,这些比太阳活动的 实际影响要大得多。关于太阳辐射量,更加完善的 长期资料可能被记录在岩石中和月球或火星 的 沉积层中。研究其他星 球可能会使我们掌握地球的 关键信息。

《太阳活动变化对地球气候的 影响》整篇报告可以通过美国国家学术出版社网站获得。(胡德良)

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