太阳磁场即将反转！未来会发生什么？
这次磁场反转或许对地球有益。
太阳磁场即将反转。
（图片来源：Daisy Dobrijevic在Canva上制作）
太阳即将发生一项重要的事件：磁场反转。
太阳每11年就会经历一次这样的反转，这是太阳周期中的一个重要阶段。极性反转标志着太阳活动达到顶峰（太阳极大期）的中点，并开始向太阳极小期过渡。太阳磁场上一次反转发生在2013年底。
是什么导致了这种极性的转变？它会对地球上的十五造成危害吗？让我们深入探讨太阳磁场反转这一现象，并研究它可能对地球产生的影响。
要理解太阳磁场的反转，需要先认识太阳活动周期。这个约11年的周期性现象由太阳磁场驱动，科学家通过观测太阳表面黑子的数量和活跃程度来判断周期阶段。当太阳活动达到某个周期顶峰时，称为太阳活动极大期——此时耀斑爆发频繁，日冕物质抛射强烈。根据最新预测，下一次极大期将出现在2024年底到2026年初之间。
不过，还有一个极为重要却鲜为人知的周期——它横跨两个11年的太阳活动周期，被称作海尔周期（Hale cycle）。太阳物理学家、Space.com特约作者瑞安·弗伦奇（Ryan French）向Space.com解释：这个磁周期持续约22年，在此期间，太阳磁场会经历完全反转->恢复原状的完整循环。
在太阳活动极小期，太阳磁场接近偶极子形态（类似地球磁场，具有明确的一对南北磁极）。但是随着太阳活动接近极大期，“太阳的磁场结构会变得复杂，不再有清晰的南北极区分”，弗伦奇解释道。当极大期结束、极小期再度来临时，磁场会恢复偶极子形态，但极性已发生反转。
即将发生的极性反转将表现为：北半球的磁场从北向南方向翻转，而南半球则发生相反方向的转变。“这将使太阳的磁场方向与地球趋同——地球的磁南极同样位于北半球，”弗伦奇解释道。
是什么导致了极性转变？
这种极性反转由太阳黑子驱动——它是太阳表面磁场活动异常复杂的区域，会引发强烈的太阳事件，例如太阳耀斑和日冕物质抛射（CMEs，即大量等离子体与磁场的爆发性释放）。
在太阳活动极大期，大量太阳黑子出现在中纬度区域；赤道附近只能观测到极少（甚至为0）的黑子。（图源：Future）
弗伦奇指出，当太阳黑子在靠近赤道的区域形成时，它们的磁场方向仍与旧磁场一致；而在靠近两极形成的黑子，其磁场方向则会与即将到来的新磁场方向匹配。这种现象被称作海尔定律（Hale's law）。
“来自太阳活动区的磁场会逐渐向两极迁移，最终引发（磁场）反转，”斯坦福大学威尔考克斯太阳观测台（Wilcox Solar Observatory）主任、太阳物理学家托德·霍克塞玛此前向Space解释道。
但是这种现象导致极性反转的确切原因仍不明确。“这涉及到整个太阳活动周期的问题，我们仍在探索其本质，”斯坦福大学太阳物理学家菲尔·舍勒（Phil Scherrer）此前向Space.com坦言，“我们仍缺乏对整个过程真正自洽的数学描述。除非能建立理论模型，否则人类无法真正理解这一机制——它确实难以被完全解析。”
答案的关键在于磁场如何形成。“未来是否会出现大量黑子？这些黑子是会增强极区磁场，还是会在局部相互抵消？”霍克塞玛表示，“这个问题我们目前仍无定论。”
这种极性反转需要多久完成？
我们目前明确的是，太阳磁场的反转并非瞬间完成。实际上，这一过程是磁场形态从偶极结构逐渐演变为复杂多极态，最终在11年的太阳活动周期内完成极性反转的。“简而言之，太阳的磁极反转不存在某个特定的‘瞬间’”，弗伦奇指出，“它与地球不同——地球的磁极反转可通过南北磁极的迁移轨迹明确判断。”
一次完整的刺激反转通常需要1到2年，但具体时长可能存在显著差异。例如，根据美国国家太阳天文台（NSO）的数据，已于2019年12月结束的第24太阳活动周中，北磁极的反转耗时近五年才完成。
太阳磁场的极性反转过程及其缓慢，人类甚至无法察觉它何时完成。无论听起来多么耸人听闻，这绝非世界末日的前兆。“世界不会在明天终结，”舍勒此前向Space.com明确表述。
然而，我们会经历这一反转过程的连带影响。
太阳的磁极反转会如何影响我们？
描绘太阳磁场反转时日球层电流片呈现更明显波浪状结构的艺术渲染图。（图片来源：NASA）
毫无疑问，太阳近期异常活跃，频繁爆发高强度的耀斑和日冕抛射物质（CMEs），引发地球强烈的地磁暴，进而催生了近期壮观的极光现象。
然而，空间天气活动加剧并非太阳极性反转的直接原因。霍克西玛（Hoeksema）于2013年向Space.com表示，这两类现象往往同步发生。
弗伦奇（French）指出，空间天气通常在太阳活动极大期达到最强，此时太阳磁场的复杂程度也达到顶峰。
磁场偏移的一个副作用虽微弱但是利大于弊——它能增强地球对银河宇宙射线（GCRs）的屏蔽效应。这类以光速运动的高能亚原子粒子可击穿航天器材料，并对脱离地球大气保护的宇航员造成辐射伤害。
当太阳磁场发生偏移时，从太阳赤道向外延伸数十英里的电流片会形成强烈的波动，从而更高效的阻挡宇宙射线。
未来太阳活动周期强度预测
科学家正密切监测太阳磁场反转进程，重点关注其恢复为偶极结构的耗时。若未来2-3年内完成重建，第26太阳活动周将较活跃；若重建缓慢，则活动强度趋弱，类似第24周。
BY:Daisy Dobrijevic
FY:casyo8
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