我們的太陽比它應該的弱嗎?有沒有一個我們一無所知的周期?新的研究表明,太陽與其他類似的恆星活動周期存在較大不同。
圖註:2017年8月21日,在俄勒岡州奧喬科國家森林附近的米歇爾市的Big Summit草原牧場,在日全食期間,月亮從太陽前掠過,可見太陽的日冕。我第一次看到太陽的日冕,是在2012年澳大利亞一次日全食的短暫全食期間,它的外層大氣是熱的,白色的。從恆星中溢出日冕規模非常大。然而,在去年智利的日全食期間,日冕很小,很微妙。
這是因為太陽有11年的周期;2012年,它處於太陽活動的最大值(明亮的太陽耀斑、大日冕和大量的太陽黑子);2019年,處於太陽活動的最小值(看不到耀斑或太陽黑子和日冕)。
恆星的活動完全取決於它的磁性。所有的恆星都有活動的周期,因為它們的磁力在逐漸減弱,所以隨著時間的推移,恆星輸出光的亮度也在減弱。
馬克斯·普朗克太陽系研究所(MPS)的蒂莫·雷因霍爾德博士及其同事今天在2020年5月1日出版的《科學》雜誌上進行了研究,分析了369顆類太陽恆星的亮度變化,得出結論認為,太陽的磁活動性較低,其亮度變化小於銀河系中的類似恆星。
事實上,人們相信,太陽至少在過去9000年裡可能一直處於磁靜止狀態。
我們對類太陽恆星的了解來自克卜勒太空望遠鏡在四年的觀測中收集的數據,以及蓋亞全天觀測的數據。克卜勒記錄了2009年至2013年間大約150000顆主序(中年)恆星的亮度波動。大多數類太陽恆星被發現比太陽更活躍,通常是過去140年太陽變化的5倍。
是因為我們沒有足夠的太陽數據嗎?當然,可能有一個我們還沒有時間探測的太陽周期,儘管我們確實有一些關於太陽活動的令人驚訝的長期數據(至少就人類壽命而言):
自1978年以來:對自太空飛行時代以來太陽亮度的精確測量。自1878年以來:太陽黑子區域的記錄,可以用來重建太陽的亮度。自1610年以來:太陽表面黑子數量的記錄可追溯到望遠鏡發明時。9000年前:由於在樹木年輪和冰芯中發現了放射性的碳和鈹,科學家們可以得出關於過去9000年太陽活動水平的結論。「然而,與太陽的整個壽命相比,9000年就像一眨眼的功夫,」雷因霍爾德說,「可以想像,太陽幾千年來一直處於一個平靜的階段,因此我們對我們的恆星有一個扭曲的圖像。」
圖註:與恆星KIC 7849521相比,太陽的亮度變化。這是天文學的前沿。「對太陽周期的起源還不完全了解,因此是太陽物理學中尚未解決的最大問題之一。」雷因霍爾德說,「除了11年周期外,太陽活動還存在其他周期,如70-100年的格萊斯堡(Gleissberg)周期和有關於周期長達幾千年的推測。」這樣長的周期很難測量。
儘管科學家們也考慮了恆星的年齡、表面溫度以及比氫和氦重的元素的比例,但將它們歸類為本文中使用的類太陽的決定性因素是它們的自轉速率。這是因為恆星的自轉有助於在其內部的發電機過程中產生磁場。太陽繞著自己的軸旋轉一次需要24.5天;369個被選中的太陽每20-30天旋轉一次。
「恆星繞自身軸旋轉的速度是一個至關重要的變量,」MPS主任、新論文合著者薩米·索蘭基博士說,「磁場是導致所有活動波動的驅動力。」
問題是,就在2009年到2013年間,大多數其他恆星的亮度變化通常是我們太陽亮度變化的5倍。
因此,有可能太陽在過去9000年裡異常虛弱,它的太陽能發電機可能仍在減速,或者它能夠產生我們還沒有看到的巨大波動。雷因霍爾德說:「這一結果的一個可能結論是,太陽在過去9000年中沒有顯示出它的全部活動範圍,而且有可能變得和我們研究的其他恆星一樣活躍。」這將意味著更強烈的太陽風,可能導致電力中斷,摧毀衛星,並對太空人在太空或月球上造成危險的更高輻射水平。
如果太陽活動對地球的宜居性有很大影響,也會影響到宇宙中對生命的探索。「宿主恆星的活動越強,對系外行星的影響就越大,」雷因霍爾德說,「然而,對行星的影響也將取決於恆星與行星之間的距離、行星的大氣層等。」