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气候变暖?How about 小冰河期 instead?

自20世紀80年代以來,全球变暖和全球气候变化已经成为家喻户晓的话题。2019年,这话题更是以排山倒海之势,水银泻地般出现在媒体的报道和政客的嘴边。正当人为因素造成全球变暖(anthropogenic global warming)这个概念已逐渐成为世人的共识,仅有一些少数持有异见的科学及天文学家,仍默默地躲在备受主流媒体奚落的角落,研讨一个跟主流唱反调的话题:由太阳进入活动大休眠期而导致的全球变冷。全球变冷理论不单跟主流的全球变暖共识有天壤之别,这些天文学家更表示,按照过去太阳活动休眠期的历史数据,地球更可能步入一个迷你冰河期。

Solar minimum 太阳休眠期科普

要了解这个理论,我们首先得了解这颗给予地球生命泉源的恒星。其实我们对太阳内部的运作认识仍是十分肤浅,但知太阳活动 (solar activity)是周期性的。它除了产生极大的能量外,太阳也是一个巨大的滚动磁石(shifting magnet)。大概每隔十一年,太阳的磁场会完全倒转,就是说,太阳的北极和南极磁场倒转。在相隔十一年以后,南/北极又重新倒转。这个活动周期影响太阳表面的活动。就如太阳黑子(sunspots),由於它是由太阳磁场影响而形成,磁场的变动,直接影响黑子出现的频繁次数。

从观察太阳黑子的出现次数,可以跟踪太阳的活动周期。太阳的周期开始是太阳活动低谷(solar minimum),低点期间黑子出现次数最少,然后次数逐渐增加,直至大概十一年后到达太阳周期中间的活动高点(solar maximum),也是黑子出现最多的时期。之后周期从高点回落,太阳的活动水平也随著时间下降,直到了大约十一年后重回活动低点。到此,这个太阳活动周期正式结束,一个新的周期也正式开始。

就是说,太阳活动从高峰到谷底为其大概11年,一个太阳周期大概22年。

Grand solar minimum 超级太阳休眠期

Grand solar minimum 是由一连串低活跃水平的太阳活动周期组成,一个超级休眠期为其数十年甚至数百年。期间周期性的 solar maximum 和 solar minimum 仍然继续出现,只是活动的水平比平均的低。

过去400年的太阳活动周期:年份及其太阳黑子出现次数

按照天文学家过去420年来观察太阳黑子的历史数据显示,太阳的活动周期颇为稳定,在图表里可以很清楚地看到以往活动的周期性,以及周期的高/低点(见上图):

  • 一个现代超级太阳活跃期( Modern Maximum )从 1914年开始(太阳周期#15),至1950年代末期达到活跃期高峰(太阳周期#19),然后至2000年终止(太阳周期#23)。这现代活跃期有两个峰点 – 1950及1990年。
  • 一个被名为 Dalton Minimum 的 solar minimum 在1790至1820期间发生,离现在200年,周期长达30年,跨越两个太阳活动周期。
  • 有历史记载的一个 grand solar minimum,被称之为“蒙德极小期” Maunder Minimum 在1645至1715年期间发生,周期长达70年。
  • 2019/2020 年太阳进入周期#25(美国宇航局刚证实这周期的开始,见下文)。

太阳周期对地球的气候影响

由於人类对太阳这颗恒星的运作原理知识仍然肤浅,科学家对太阳活动给地球气候带来的影响说法不一,但普遍的理解是,在太阳超级活跃期间,地球气候总体变化趋于良性和稳定、降雨/降雪的变化幅度降低、以及地面温度缓和上升。这些迹象可以从古罗马回暖期(Roman Warm Period)、中古气候适中期(Medieval Climate Optimum)、以及1940至2000年期间的现代超级太阳活跃期(Modern Grand Solar Maximum)为证。

相反,在太阳超级休眠期间导致的气候变化包括风暴更频繁、降雨/降雪量差异扩大、局部地域水灾/旱灾、以及长期的气候变冷。此外,过去历史数据显示,地震和火山爆发也会更频繁地出现。过去 Grand solar minimum 的出现,对人类带来非常负面的后果,从历史记载中可见一斑。

Dalton Minimum

Dalton Minimum 发生在1790 至 1820年间(太阳活动周期#4至#7),期间北美和欧洲平均温度降低,虽然气候变化不及 Maunder Minimum 期间严重,但影响仍然极大。期时适逢1815年在印尼的 Mount Tambora 发生二千年来最猛烈的火山爆发,大量灰尘被送至大气层,将太阳的光线局部遮盖。据历史记载,纽约的夏天气温持续偏低,1816年夏天更有降雪。同年,欧、美洲录得大量的降雨/降雪和低温,导致农作物失收及引发的饥荒、暴动及人口迁移。在部分地域发生的严寒冬天和粮食不足,意味着人民过的是极为艰苦的岁月。

Dalton Minimum 时期的气温下降,原因是由于火山大爆发这个偶然巧合,或是火山爆发(及地震)频率与太阳活动水平是否有因果关系,天文学界现在还没有结论。

Maunder Minimum

居民在冰封的河面举行节日典庆

史上最有名的 grand solar minimum 莫过于发生在1645至1720间的 Maunder Minimum,被十九世纪天文学家 Edward Maunder 观察发现,因而得名。Maunder Minimum 同时在迷你冰河期(1300至1850年左右)期间发生,太阳活动在十七世纪达到低谷。

当时欧陆气温大幅下降,耕种季节比平常缩短一个月多,下雪天从数天增至20至30天,地面数英尺结冰、全球的冰河增长,瑞士阿尔卑斯山上的冰河迈向农庄甚至吞没村落,在冰岛和荷兰的海港冰封20多英里,葡萄园及谷物普遍失收而引发饥荒。著名的伦敦泰晤士河和荷兰的运河在冬天全都结冰,冰岛人口失去一半,在中国,被采用数百年的耕种谷物被农民放弃。在北美洲,早期的欧陆移民受到从没遇过的严冬考验。

Grand solar minimum 对气候带来的负面影响主要不是在于它带来的变冷。就如 Maunder Minimum 期间,北半球气温相对下降只有摄氏0.6度。更重要的是,早来或不合时的霜雪给农作物带来灾难性的杀伤。故此,与其把 Grand Solar Minimum 与小冰河期画上等号,把它叫作「恶劣天气时期」 较为贴切。

Grand solar minimum 周期开始?

太阳活动周期性的理论有定量数据为依据,广泛被学界接受,但 grand solar minimum 理论仍然是备受争议。

理论天体物理学家 Valentina Zharkova 在2015年发表论文,宣布发现太阳磁场是由两条在太阳体内不同深处的子磁波所组成。两条磁波的互相作用使磁场放大或减弱。Zharkova 教授推算地球正开始进入一个漫长的太阳活动休眠期。

Zharkova 教授发表的太阳磁场总汇曲线,由两条子磁波组合而成

她指出,从2020至2053年,即下三个太阳活动周期,磁场将会变得很弱,原因是这两条子磁波各自移动分离至南、北半球,不会产生互动作用。这意味着生成的磁场将会戏剧性地降至接近零,造成类似 Maunder Minimum 的现象。

Zharkova 教授发表论文后受到四方八面的口诛笔伐,她的「地球即将进入小冰河期」预测跟当今的「气候暖化」理论南辕北辙,无怪反调四起。她笑说,「没关系,我们不用等多久,未来五到十年便能证实谁对谁错了」。

Zharkova 教授的理论和预测会否应验,有待时间证实。但从太阳周期#23和#24迹象显示,太阳活动已经从近代的 Modern solar maximum 迅速回落。刚结束的周期#24的黑子数量比过去100多年的低。

2019年7月,美国宇航局发表文章,指出太阳活动周期已经进入周期#25,并预测#25的活动水平将会是过去200年最弱的一个周期。 Solar maximum 可能只有上一个的30至50%。周期#25从2020年开始,至2025年达到活动高峰。

NASA 宣布太阳进入活动周期#25,并预测这周期的活动水平会是200年来最弱

NASA 文中指出,了解太阳的活动周期,可以更有效地保护人造卫星及到月球或宇宙深处探险的太空船,对地球气候的影响却一字不提。

到底是「气候暖化」或「小冰河」阵营谁是真理者,真相应该很快便有分晓。

相关词汇

anthropogenic global warming 人为全球变暖

solar minimum 太阳活动低谷

solar maximum 太阳活动高峰

grand solar minimum 超级太阳休眠期

grand solar maximum 超级太阳活跃期

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