为什么太阳活动是11年周期？太阳运动终于揭示了黑子的内部运作！

太阳活动遵循11年的周期，在一个太阳周期的过程中，太阳的磁力活动来来去去。在太阳活动高峰期，太阳表面会出现大的太阳黑子和活动区。壮观的热等离子体环路贯穿太阳大气层，喷发的粒子和辐射射入星际空间。在太阳活动最小的时候，太阳会相当平静。所谓的蝴蝶图中出现了惊人的规律性，它描述了太阳黑子在时间-纬度图中的位置，在太阳周期开始时，太阳黑子在中纬度出现。

随着周期的推进，它们会越来越接近赤道。为了解释这张“蝴蝶图”，太阳物理学家怀疑深磁场是被大范围气流带向赤道的。新研究的第一作者、马克斯·普朗克学会主任Laurent Gizon教授说：在一个太阳周期的过程中，经向流起了传送带的作用，它拖着磁场前进，并设定太阳周期的周期。观察太阳内部的几何形状和运动幅度对于理解太阳磁场必不可少，为此，研究团队利用日震学绘制了太阳表面下的等离子体流图。

日震学之于太阳物理学就像地震学之于地球物理学，日震学家使用声波探测太阳内部，与地球物理学家使用地震探测地球内部的方式非常相似。太阳声波的周期接近5分钟，由近地表对流持续激发。与太阳声波相关的运动可以通过宇宙飞船上或地面上的望远镜在太阳表面进行测量。在这项研究中，研究团队使用了对表面声波的观测，这些声波在太阳内部以南北方向传播。

这些波受到经向气流的扰动：它们沿流传播的速度比逆流传播的速度快。这些非常小的旅行时间扰动(不到1秒)被非常仔细地测量，并被解释为使用数学建模和计算机来推断经向流。因为它很小，所以在太阳内部很难看到经向流。经向流动比其他运动成分慢得多，比如太阳的差动旋转，整个对流区的经向气流不超过太阳表面最大值每小时50公里。为了降低日震测量中的噪音水平，有必要在很长一段时间内对测量结果进行平均。

22年的环路时间

科学家首次分析了两个独立的超长时间序列数据，其中一个是由SOHO提供。这是太空中最古老的太阳天文台，由欧空局和NASA运营，SOHO的迈克尔逊多普勒成像仪(MDI)采集数据涵盖了从1996年到2011年，第二个独立的数据集是由全球振荡网络集团(GONG)提供，结合了美国、澳大利亚、印度、西班牙和智利的六台地面太阳望远镜，自1995年以来提供了几乎连续的太阳观测。

国际太阳物理界提供了涵盖过去两个太阳周期的多个数据集，这是值得称赞的。这使得在很长一段时间内进行平均和比较答案成为可能，这对于验证推论是绝对必要的。研究团队发现，对流区底部气流是向赤道方向流动的，速度只有每小时15公里(运行速度)。太阳表面气流是向极地流动的，最高可达每小时50公里。总体情况是，等离子体在每个半球都绕着一个巨大的环路运行。

值得注意的是，等离子体完成环路所需的时间约为22年，这为太阳的11年周期提供了物理解释。此外，正如蝴蝶图所示，太阳黑子随着太阳周期的推进而出现在更靠近赤道的地方。总而言之，研究支持这样一个基本观点，即太阳黑子出现的位置，向赤道漂移是由于潜在的经向流动。为什么太阳经向流看起来是这样的，以及经向流在控制其他恒星上的磁场活动方面起到了什么作用，这还有待理解。

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博科园｜研究/来自：马克斯·普朗克学会

参考期刊《科学》

DOI: 10.1126/science.aaz7119

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