三、太陽活動的長期變化

太陽活動呈現(xiàn)11年的黑子周期（即通常所說的太陽活動周）和 22年的磁周期（又稱黑爾周期，即太陽極區(qū)磁場演變的周期）。在每個太陽活動周（即每11年），極區(qū)磁場會出現(xiàn)極性反轉(zhuǎn)；每兩個太陽周（即22年），極區(qū)磁場又恢復到原來的極性。近十幾年，太陽活動出現(xiàn)以巨極小和微極大為特征的異常行為。

太陽活動周是極向和環(huán)向磁場間的震蕩。太陽極向磁場表現(xiàn)為極區(qū)磁場，環(huán)向磁場表現(xiàn)為以太陽黑子為代表的活動區(qū)磁場。上圖黑線是極區(qū)磁場，即北極的磁場，它從零開始到負極，然后又轉(zhuǎn)為正極，兩條藍線之間是一個完整的周期。南極與北極的極性正好相反，先是正極，然后變?yōu)樨摌O，每11年為一個太陽周。所以，極區(qū)磁場最小的時候，恰恰是黑子太陽周，也是黑子數(shù)最多的時候。

孟德爾極小現(xiàn)象是個很怪的現(xiàn)象，上圖是1600年-2000年黑子數(shù)的變化。在1655年-1745年這段時間內(nèi)，太陽上幾乎沒有黑子；在19世紀30年代，太陽上黑子很少，后人將這段極小期稱作孟德爾極小期與道爾頓極小期。我這里列舉了兩幅油畫，一幅是孟德爾極小期間奧地利的畫家的圖，另一幅是道爾頓極小期間歐洲畫家的圖。畫的是什么地方呢？是泰晤士河。泰晤士河流經(jīng)倫敦，非常美，但是沒有人聽說過泰晤士河會結(jié)冰?？墒窃诘罓栴D極小和孟德爾極小期間的畫中，河流是結(jié)冰的。

從2005開始，太陽活動變得非常之?。捍蟮幕顒樱t色柱狀表述）和超強活動區(qū)（綠色柱狀表述）都非常小；地磁活動也很小，非常寧靜。大家可能會認為，太陽活動危害這么大，寧靜不是很好嗎？寧靜也不行，寧靜就意味著太陽磁場很弱；太陽磁場很弱就阻斷不了從銀河系來的高能粒子。

所以，從上圖可以看出，從銀河系來的高能粒子在過去十年都超標。另外，這些年由于太陽活動極小，太空垃圾也得不到清理。為什么太陽活動小了，太空垃圾反而堆積、得不到清理？因為在太陽活動劇烈時，地球的中層大氣、高密度大氣向上抬，抬上去之后就會把垃圾裹挾下來。而如果太陽總是不活動，地球大氣的密度變小，也就沒有高密度的地球大氣將太空垃圾裹挾下來。

在2007年前后，有兩位科學家很好地預報了一個異常的極小現(xiàn)象：一位是印度科學院院士Choudhury，另一位是我的學生姜杰。為什么兩位學者要做這件事？因為2006年，一位非常有名的美國學者Gilman和他的博士后Dikpata發(fā)了一篇文章，說第24太陽周是百年來最強的太陽周。他們的文章發(fā)表之后，我正好在日本參加一個學術(shù)研討會議。在與高山天文臺的臺長（上述兩位美國學者的臺長）以及一位日本資深太陽物理學家一起吃晚飯的時候，美國臺長說，由于Dikpata和Gilman的預報，給美國省了44億美金。我當時不理解，就請他給我講講是怎么回事。美國臺長說，空間飛行器和衛(wèi)星飛船一般都是在前一個太陽周設計。所以，在設計的時候，必須知道其即將飛行時，太陽活動的強弱。如果太陽活動很強，應該多裝些燃料，以便于在飛行期間調(diào)節(jié)其姿態(tài)。比如，由于大氣的密度增加，阻力增加，所以飛行高度下降，這時候就要想辦法讓它再飛上去。因為Dikpata和Gilman的預報，美國設計的24太陽周的飛行器，帶了很多的燃料。他說，這就使得飛行器不至于因為太陽活動而過早地隕滅。但是恰恰相反，他們的預測不準確，那個時候?qū)嶋H上是百年來最弱的一個太陽周。所以，當時姜杰和Choudhury跟我討論要做這件事的時候，我非常高興。雖然我沒有做他們的合作者，但是我一直在支持他們做這項研究?？茖W就是要挑戰(zhàn)，Gilman說是百年最強，姜杰和Choudhury說是百年最弱，這就需要把問題找到，找出出現(xiàn)這種差別的原因。最后發(fā)覺是由于兩組作者對磁擴散的理論處理和物理處理不一樣，才導致了這種差異。