太陽黑子數再度破百,倒底如何計算黑子數?

2021-10-28 | 譯編者:李奕德 審訂員:黃俊穎


NASA SDO衛星觀測資料(2021/10/27)
NASA SDO衛星觀測資料(2021/10/27)

 太陽活動具有11年左右的週期變化,自2019年12月由第24週期進入第25週期(Solar Cycle 25)後,這兩年的觀測資料都強烈的顯示太陽活動逐漸轉為活耀,也陸續出現較為劇烈的太陽閃焰與日冕物質拋射事件,並且造成輕度到中度等級的磁暴現象。

從比利時皇家天文台的太陽影響資瞭中心數據(SIDC)的資料顯示,在昨(27)日的太陽黑子相對數(SSN)又再度來到了100,這也是繼今(2021)年9月9日後,太陽黑子數再度大於100。如果要再往前追溯,上一次黑子數達到100以上就是發生在2017年9月6日,當時是屬於太陽活動的第24週期。

 過去這四年來,太陽活動逐漸減弱到太陽活動極小期後又再度升起,也提醒著相關單位要開始注意到未來幾年太空環境的變化,是否會對飛航、遠距通訊、導航定位應用、電力系統等領域和太空產業產生不同程度的影響。

太陽黑子數是由SIDC負責整合全世界合作觀測站(包含中央氣象局在內)所回報的數據,由於每個合作觀測站的設備與觀測太陽的時間不同,所以提供的太陽黑子數也有差異。除了每日公布的黑子數,每隔一段時間也會進行校正。因此,目前在SIDC的紀錄中,2021年9月9日的黑子數為102,是第25周期第一次黑子數超過100的日期,當天氣象局觀測的黑子數為121。

太陽黑子(本影與半影)與相對於地球大小
太陽黑子(本影與半影)與相對於地球大小

 在觀察太陽表面的時候,利用降低光線的設備或是濾鏡逐漸地把太陽光的強度減少後,有時候太陽的表面就會出現數量不定而且大小不一的黑色斑點,這些黑色的斑點正是被稱作⎾太陽黑子⏌的區域。細看太陽黑子,有些黑子在中央的位置顏色顯得深黑,然後外側圍繞著較為淺色的區域。這樣的深黑色區域稱為⎾本影⏌,而相較於本影周圍的淺色區域則叫做⎾半影⏌。相對於地球的大小,太陽黑子的範圍可以是地球的數倍到數十倍。

 這其實是屬於太陽結構中的光球層,當溫度從太陽核心的1,500萬度一路下降到此處時大約為6,000度左右,而這個溫度所釋放的電磁波剛好落在人類肉眼可以看到的波長範圍,也就是所謂的可見光。所以我們從地球上所欣賞的日出、日落,就是太陽的光球層影響。而太陽黑子則是光球層上磁場較強,但溫度較低的位置。溫度大約4,000度左右。因為溫度較周圍來得低,所以釋放出的波長偏離了可見光的範圍,因此肉眼看不到所發出來的光,便形成了黑暗的區域,故稱之為太陽黑子。

2021年9月9日,中央氣象局太陽黑子描繪紀錄
2021年9月9日,中央氣象局太陽黑子描繪紀錄

 太陽黑子相對數又稱為沃夫數(Wolf Number),原始定義為R=k(10g+s),其中g黑子的群數,s是單獨計算的黑子個數,而k是隨地點和儀器的修正參數。不過,根據SIDC的公告,修正參數自2015年7月1日開始便不再使用,而是直接採用各個合作天文站所回報的相對數進行統計。如同2021年9月9日的觀測紀錄所示,圖上有6群太陽黑子,單獨的太陽黑子數分別為1顆(編號14430)、4顆(編號14431)、25顆(編號14432)、21顆(編號14433)、9顆(編號14434)和1顆(編號14435),因此這一天的太陽黑子相對數就是10乘上6群再加上剛剛的數量,合計為121。透過這樣的計算方式,就可以得到逐日的黑子數量,進而分析出太陽活動週期以及評估太陽活動的強弱。如果手邊正好有適當的觀測工具,也可以試著投影太陽影像並且進行觀測,太空天氣作業辦公室的網站也有提供分析工具,讓手中描繪的結果逐步分析出今日的太陽黑子資訊。

 太空環境的變化深受太陽活動的影響,當有劇烈的太空天氣變化時,就可能會對飛航、遠距通訊、導航定位應用、電力系統等領域產生不同程度的影響。隨著國際間人造衛星數量逐年上升,臺灣近年來也積極推動太空產業和立方衛星的發展,當人造衛星運行在軌道時就需要留意太空環境的變化,避免影響系統的穩定度與衛星的狀態。在未來的幾年內,太陽活動和太空環境的監測更為重要。為能讓相關單位與民眾瞭解太空環境的變化和預報資訊,氣象局也透過太空天氣作業辦公室網站(https://swoo.cwb.gov.tw)提供數據和預報產品,此瞭解太空天氣的變化與影響並獲取最新的太空環境預報。

 

延伸閱讀: SIDC太陽黑子數

關於作者:
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李奕德

國立中央大學太空科學所博士班畢業,現任中央氣象局氣象資訊中心研究員。專長:電離層物理、電離層模擬、太空科學科普教育、Dagik Earth應用

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