謎: 2012會發生什麼(3)：百年歷史

太陽系的變化 - 百年歷史

前言

2012年是瑪雅曆法中第五個太陽紀(周期)的終結，在前四個太陽紀結束時，地球都曾發生毀滅性的災難。這是考古學上的結論，爭議不少。在前面幾篇文章《太陽系的變化》、《銀河系的變化》中，我們了解到：地球在發生巨大變化，太陽系其它行星也不例外，就是太陽本身也在經歷前所未有的變化。這一切是否是指向2012的徵兆？這一切是否意味著世界末日的到來？

唐太宗說“以古為鏡，可以知興替”；司馬光說“鑒前世之興衰，考當今之得失”；培根說“讀史使人明智，數學使人周密，科學使人深刻”。本篇文章就從百年歷史的科學數據中，探討一下各種變化的趨勢，也算是對前幾篇文章的補充和總結，並就幾個熱點問題進行討論。

1、太陽
1.1 太陽活動
1.2 太陽磁場
2、地球
2.1 地球磁場
2.2 地球氣溫
2.3 冰川融化
2.4 地震
2.5 火山
2.6 龍捲風
2.7 乾旱與洪水
2.8 自然災害
3、太陽系
3.1 太陽的變化
3.2 地球的變化
3.3 太陽系其它行星的變化
4、分析與討論

正文

1、太陽

1.1 太陽活動

太陽活動主要是太陽風、太陽耀斑、太陽黑子、日冕物質拋射(CME)，其中耀斑和CME是目前在太陽系中最大的“爆炸”，對地球的影響也最大。一般來講，耀斑和CME等太陽活動，基本上都與太陽黑子有關，因此通常用太陽黑子數目的多少作為太陽活動強弱的標誌。黑子數的周期性變化就叫做黑子周期(Sunspot Cycle)，約11年(小周期)。

1750-2010年的月均太陽黑子數(Monthly Averaged Sunspot Numbers)圖 [01]顯示了太陽活動的11年小周期(黑子周期)。黑子數最多的一次是1958年(S19)某月，超過250個，但地球未受到特別的影響。影響最大的一次是1859年(S10)9月，爆發了2個超級太陽耀斑，造成了歷史上最大的磁暴——卡林頓事件(Carrington Event)，使全球電報系統失控，但該月黑子數僅100個左右。可見，對地球的重大影響並不取決於黑子數，關鍵因素是：有無巨大太陽耀斑的發生。

圖[01](來源: NASA)

2007年本應是太陽活動低谷(Solar minimum)的結束時間，但2008-2009年太陽活動依然處於低谷，創造了太空時代的記錄：低黑子數、弱太陽風、低太陽輻射，超過2年沒有明顯的太陽耀斑。使得對第24個太陽周期(Cycle 24)的預測也被迫延後，太陽活動峰(Solar maximum)預計2013年到來[02]。

圖[02]

1.2 太陽磁場

太陽磁場遍及太陽系，因此又被稱為星際磁場(Interplanetary Magnetic Field, IMF)。IMF延伸至星際空間時，呈現一個波浪狀結構，這種波動被稱為磁波。IMF是一個弱場，在地球附近的磁場強度在1-37 nT範圍內變化，平均值約6 nT [03]。太陽磁場有個逆轉周期(Solar Magnetic Reversal Cycle)，也叫黑爾周期(Hale Cycle)，約22年(大周期)，逆轉時太陽黑子的極性也跟著做相應反轉。

太陽系行星按自然的全音階比例，從太陽的位置依次隔開的，與太陽磁波關聯得非常好。

圖[03]

1882-2008年的星際磁場強度圖 [04]顯示了太陽磁場的周期性變化。通常認為IMF有一個4 nT的底限，IMF的磁場強度不會低於它。

圖[04](來源: UC-Berkeley)

2000-2010年的星際磁場強度(即圖中Ap)圖[05]顯示，2005年IMF開始下滑持續低走，到2009年12月，IMF強度竟下降到了1 nT，這是有記錄以來從未曾發生過的。2010年起，IMF回升到正常水平。

圖[05](來源: NOAA)

2、地球

2.1 地球磁場

地球磁場作為地球的防護罩，阻擋著來自太陽源源不斷的粒子的轟擊，使帶電的太陽粒子(離子和電子)偏移。

1900-2000年的地球磁場強度(即圖中dipole moment)圖[06]顯示，整個20世紀地球磁場持續減弱。

圖[06](來源: BGS-英國地質調查局)

1900-2008年英國Lerwick、Eskdalemuir和Greenwich-Abinger-Hartland天文台的磁偏角變化率(the rate of change of NMP declination)曲線圖[07]顯示，在長期變化中有幾次趨勢變化，特別是在1925年、1969年、1978年和1992年。這些突然的變化被稱為抽搐(jerks)或脈動(impulses)，目前原因不明，當然也無法預測。但可發現一個趨勢：1970年之後，地磁抽搐發生的頻率加快。

圖[07](來源: BGS-英國地質調查局)

1955-2000年的北磁極移動變化(average change in motion of the North Magnetic Pole)圖[08]顯示，1970年左右開始，北磁極移動速度在加快，速度由9 公里/年增加到了41公里/年。以目前的速度和方向，約在50年內就會移動到西伯利亞(Siberia)。

圖[08]

2.2 地球氣溫

圖[09](來源：IPCC, 2007)

1850-2005年的全球平均氣溫(global mean temperature)圖 [09]顯示，近幾十年來的變暖速率迅速增加，這意味這全球變暖在加速。

2.3 冰川融化

圖[10](來源：NSIDC-美國國家冰雪數據中心)

1953-2009年北極海冰面積(Arctic Sear Ice Extent)圖[10]顯示，自從1979年後，北極冰川面積正迅速減少。

圖[11]

1970年至今的山脈冰川融化速度圖[11]顯示，世界各地的山脈冰川融化得非常快。到2020年，非洲乞力馬扎羅山頂的冰雪很可能完全消失；到2030年，北美國家冰川公園的冰川將完全消失；未來幾十年，歐洲阿爾卑斯山地區將失去所有主要冰川；過去30年裡，亞洲喜馬拉雅山絕大多數冰川都在快速退化和變薄；1948-1990年，南美布羅吉冰川長度縮減40-50% [11]。

2.4 地震

1997年是標準化的、校準過的地震儀普遍部署的100周年。1898年，僅有9個地震台站(seismograph stations)能夠探測、定位和測量在全球任何地方的7.0級以上地震。到1931年，全世界有350個地震台站在運行，能定位和測量全球6.5級以上地震。到了20世紀50年代，地震儀系統可以定位全球所有6.0級以上地震。今天，超過4000個地震台站，在定位和測量著每年超過10,000起的5.0級以下地震。Tsapanos目錄(Catalog)是最廣泛的地震目錄之一，“完整”的地震目錄被認為是：7.0級以上的從1898年開始；6.5級以上的從1930年開始；6.0級以上的從1952年開始[12]。

1900-1997年的全球7.0級以上地震頻率顯示，20世紀，7.0級以上地震發生頻率大致保持不變。1900-1997年7.0級以上的地震事件總計1960次，平均每年20次。在這20次中，8.0級以上地震平均每年1次，7.9-7.0級地震平均每年19次。

1990-2009年的全球7.0級以上地震強度分佈(Global Earthquakes with Frequency, Intensity & Compression Zones) 圖[13]中非常直觀地顯示出，1997年後7.0級以上地震發生頻率明顯增多。

圖[13]、圖[14]

1973-2007年的全球日均地震次數(Daily World Earthquake Average)圖[14]顯示，近30年來6級以上和4級以上地震發生頻率均大幅增加。2007年與1973年相比，6級以上地震頻率增加了1倍，達到平均約2天就發生一次的水平；4級以上地震頻率幾乎增加了4倍。

圖[15]

1973-2006年的年度全球地震總數(Total Number of Earthquake Worldwide)圖[15]顯示，近30年來全球地震次數、頻率增加迅速。1973-1989年，地震次數增加1倍；1973-1998年，地震次數增加4倍；1973-2005年，地震次數增加6倍。1973-2007年的年度地震能量(Annual earthquake energy)圖[16]顯示，近30年來地震釋放的能量也呈快速增加趨勢。

圖[16]

2.5 火山

圖[17]

1840-2008年的火山活動天數(Volcanic Activity Days)圖[17]顯示，火山爆發指數(VEI)在1級(相當於6.6級地震)以上的火山活動天數持續上升。

2.6 龍捲風

以絕對數量計算，美國的龍捲風居世界首位，平均每年超過1000次；加拿大居第二位，每年在100次左右，兩國加起來佔據了世界龍捲風的絕大多數[18]。其它經歷較頻繁龍捲風的地區包括北歐、西亞、孟加拉、日本、澳大利亞、紐西蘭、中國沿海、南非和阿根廷。

圖[18]

1916-2009年的美國龍捲風頻率圖[19]顯示，1953年以來，美國龍捲風次數在迅速增加。[註：美國國家龍捲風數據集是在1953年建立的，之前的數據有漏報。近期報告的龍捲風數量的增加，部分也是由於公眾和媒體報告意識增強。]

圖[19](來源：UNL-University of Nebraska–Lincoln)

2.7 乾旱與洪水

圖[20](來源：EM-DAT)

1900-2007年的世界乾旱和洪水事件數量(Number of Drought & Flood Events)圖 [20]顯示，雖然每年事件數量都有很大變化，但洪水和乾旱事件總的趨勢是越來越多，不管是次數還是頻率，都增長迅猛，尤其自20世紀70年代以來。

2.8 自然災害

圖[21](來源：EM-DAT)

1900-2004年的自然災害(Natural Disaster)圖[21]顯示，20世紀70年代以來，地質災害持續上升，水文氣象災害呈指數增長趨勢。

3、太陽系

[註：本部分數據除本文提及的之外，均引自前幾篇文章，這裡不再給出索引。]

3.1 太陽的變化

1859年(S10)，爆發了兩個超級太陽耀斑，引發了歷史上最大的磁暴——卡林頓事件(Carrington Event)，使全球電報系統失控。
1972年(S20)，爆發的一個巨大的太陽耀斑，引起的磁暴使美國伊利諾斯州長途電話癱瘓。
1989年(S22)，爆發的一個類似的太陽耀斑，引起的磁暴使加拿大魁北克電力傳輸中斷，並使該省600萬人民被迫在黑暗中度過了9個小時；極光誘導的電流脈衝甚至融化了美國新澤西州的變壓器。
2007年，本來預計會達到11年太陽活動周期的谷底，但這個周期末期延長了15個月以上。
2008-2009年，太陽沉睡，創造了太空時代的記錄：低黑子數、弱太陽風、低太陽輻射，超過2年沒有明顯的太陽耀斑。
2009年，太陽磁場強度下降到了1 nT [註：通常認為不會小於4 nT]，這是1845年有記錄以來從未曾發生過的。
2013年(S24)，NASA預測太陽活動會達第24個太陽周期高峰，爆發的太陽耀斑可能會以前所未有的程度影響地球。

3.2 地球的變化

1900-2000年，地球磁場持續減弱，至今，這種減弱趨勢已超過250年。
1904-2001年，北磁極(NMP)朝西伯利亞方向移動了驚人的1100公里。
1970年之後，北磁極移動速度加快，現在的速度超過40公里/年；以目前速度和方向，預計2050年移到西伯利亞。
1970年之後，英國天文台的地磁抽搐(geomagnetic Jerks)頻率加快。
1970-2005年，阿拉斯加的冬季平均氣溫上升5度，夏季平均氣溫上升10度，年均氣溫升高達7度，為全球之最。
1979-2009年，北極冰川面積迅速減少，預計至2020年北極夏季的冰川將完全消失。
1970年至今，世界各地山脈冰川融化很快，預計至2020年乞力馬扎羅山頂的冰雪將完全消失。
1900-1997年，7.0級以上地震發生頻率大致保持不變。但1997-2009年，7.0級以上地震發生頻率明顯增多。
1973年以來， 6級以上和4級以上地震發生頻率均大幅增加。
1973年以來，全球地震總數及頻率都在迅速增加。
1973年以來，地震釋放的能量也呈快速增加趨勢。
1840-2008年，火山爆發指數(VEI)在1級(相當於6.6級地震)以上的火山活動天數持續上升。
1953-2009年，美國龍捲風發生次數在迅速增加。
20世紀70年代以來，洪水和乾旱事件越來越多，不管是次數還是頻率，都增長迅猛
20世紀70年代以來，地質災害持續上升，水文氣象災害呈指數增長趨勢。

3.3 太陽系其它行星的變化

2008-2009年，水星的磁層和磁場迅速地改變，展現出了一個完全不同的磁層。
1975-2001年，金星夜間的大氣光輝增加了2500%。
1975-1997年，火星迅速出現了雲層和臭氧。火星在全球變暖，南極冰帽正在融化，高達50%的冰層地貌受到侵蝕。
1973-1996年，木衛一電離層的高度增加了1000%，1979-1998年表面溫度增加了200%；木衛三也亮了200%，而且大氣密度增加了1000%；木衛二變得更亮了。木星在全球變暖，而且有了等離子環，這在1974年前是沒有的。
1981-1993年，土星等離子環密度增加了1000%；1980-1996年間，土星赤道雲層旋轉速度減少了驚人的58.2%。
1986-1996年，天王星在短短10年內就出現了明亮的雲，非常顯著。
1996-2002年，海王星近紅外亮度增加了40%。
1989-2002年，冥王星大氣壓上升了300%，冥王星也在全球變暖。

4、分析與討論

20世紀70年代，似乎是個標誌性時間，此後，地球在地質方面、水文氣象方面均發生了巨大變化，反映了地球內部活動及大氣活動在加劇。同一時期內，太陽系其它行星也在經歷巨大變化，變化比地球更強烈。

這一切是不是太陽造成的呢？不是。因為，1970-2010年的40年內，太陽至少經歷了2個完整的小(黑子周期)和1個完整的大周期(磁場逆轉周期)，周期性變化怎麼能引起行星的單向變化呢？就是太陽本身也在發生前所未有的異常變化：本該2007年結束的第23個太陽活動周期延長了15個月以上。2008-2009年，太陽沉睡，創造了太空時代的記錄：低黑子數、弱太陽風、低太陽輻射，超過2年沒有明顯的太陽耀斑。2009年，太陽磁場強度跌破了底限，達到了創紀錄的最低值。

一定有更深刻的變化在發生，只是目前還不清楚。是太陽系遇到了什麼，還是銀河系在作調整？不知道。

參考文獻

[References]

[01] The Sunspot Cycle (Updated 2010/07/02)

http://solarscience.msfc.nasa.gov/SunspotCycle.shtml

[02] New Solar Cycle Prediction

http://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2009/29may_noaapred...

[03] Interplanetary Magnetic Field (IMF)

http://pluto.space.swri.edu/image/glossary/IMF.html

[04] Cycle 24 - don't panic yet!

http://sprg.ssl.berkeley.edu/~tohban/wiki/index.php/Cycle_24_-_don't_pan...

[05] Sun’s magnetics coming alive again。Posted on May 5, 2010 by Anthony Watts