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2012会发生什幺(3)百年历史
2020-08-09

太阳系的变化(二) - 百年历史

前言

2012年是玛雅历法中第五个太阳纪(周期)的终结,在前四个太阳纪结束时,地球都曾发生毁灭性的灾难。这是考古学上的结论,争议不少。在前面几篇文章《地球的变化》、《太阳系的变化-星际气候》、《太阳的变化》、《银河系的变化》中,我们了解到:地球在发生巨大变化,太阳系其它行星也不例外,就是太阳本身也在经历前所未有的变化。这一切是否是指向2012的征兆?这一切是否意味着世界末日的到来?

唐太宗说“以古为镜,可以知兴替”;司马光说“鉴前世之兴衰,考当今之得失”;培根说“读史使人明智,数学使人周密,科学使人深刻”。本篇文章就从百年历史的科学数据中,探讨一下各种变化的趋势,也算是对前几篇文章的补充和总结,并就几个热点问题进行讨论。

目录

1、太阳
1.1 太阳活动
1.2 太阳磁场
2、地球
2.1 地球磁场
2.2 地球气温
2.3 冰川融化
2.4 地震
2.5 火山
2.6 龙卷风
2.7 干旱与洪水
2.8 自然灾害
3、太阳系
3.1 太阳的变化
3.2 地球的变化
3.3 太阳系其它行星的变化
4、分析与讨论

正文

1、太阳

1.1 太阳活动

太阳活动主要是太阳风、太阳耀斑、太阳黑子、日冕物质抛射(CME),其中耀斑和CME是目前在太阳系中最大的“爆炸”,对地球的影响也最大。一般来讲,耀斑和CME等太阳活动,基本上都与太阳黑子有关,因此通常用太阳黑子数目的多少作为太阳活动强弱的标志。黑子数的周期性变化就叫做黑子周期(Sunspot Cycle),约11年(小周期)。

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1750-2010年的月均太阳黑子数(Monthly Averaged Sunspot Numbers)图 [01]显示了太阳活动的11年小周期(黑子周期)。黑子数最多的一次是1958年(S19)某月,超过250个,但地球未受到特别的影响。影响最大的一次是1859年(S10)9月,爆发了2个超级太阳耀斑,造成了历史上最大的磁暴——卡林顿事件(Carrington Event),使全球电报系统失控,但该月黑子数仅100个左右。可见,对地球的重大影响并不取决于黑子数,关键因素是:有无巨大太阳耀斑的发生。

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图[01](来源: NASA)

2007年本应是太阳活动谷(Solar minimum)的结束时间,但2008-2009年太阳活动依然处于低谷,创造了太空时代的记录:低黑子数、弱太阳风、低太阳辐射,超过2年没有明显的太阳耀斑。使得对第24个太阳周期(Cycle 24)的预测也被迫延后,太阳活动峰(Solar maximum)预计2013年到来[02]。

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图[02]

1.2 太阳磁场

太阳磁场遍及太阳系,因此又被称为星际磁场(Interplanetary Magnetic Field, IMF)。IMF延伸至星际空间时,呈现一个波浪状结构,这种波动被称为磁波。IMF是一个弱场,在地球附近的磁场强度在1-37 nT范围内变化,平均值约6 nT [03]。太阳磁场有个逆转周期(Solar Magnetic Reversal Cycle),也叫黑尔周期(Hale Cycle),约22年(大周期),逆转时太阳黑子的极性也跟着做相应反转。

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太阳系行星按自然的全音阶比例,从太阳的位置依次隔开的,与太阳磁波关联得非常好。

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图[03]

1882-2008年的星际磁场强度图 [04]显示了太阳磁场的周期性变化。通常认为IMF有一个4 nT的底限,IMF的磁场强度不会低于它。

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图[04](来源: UC-Berkeley)

2000-2010年的星际磁场强度(即图中Ap)图[05]显示,2005年IMF开始下滑持续低走,到2009年12月,IMF强度竟下降到了1 nT,这是有记录以来从未曾发生过的。2010年起,IMF回升到正常水平。

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图[05](来源: NOAA)

2、地球

2.1 地球磁场

地球磁场作为地球的防护罩,阻挡着来自太阳源源不断的粒子的轰击,使带电的太阳粒子(离子和电子)偏移。

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1900-2000年的地球磁场强度(即图中dipole moment)图[06]显示,整个20世纪地球磁场持续减弱。

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图[06](来源: BGS-英国地质调查局)

1900-2008年英国Lerwick、Eskdalemuir和Greenwich-Abinger-Hartland天文台的磁偏角变化率(the rate of change of NMP declination)曲线图[07]显示,在长期变化中有几次趋势变化,特别是在1925年、1969年、1978年 和1992年。这些突然的变化被称为抽搐(jerks)或脉动(impulses),目前原因不明,当然也无法预测。但可发现一个趋势:1970年之后,地磁抽搐发生的频率加快。

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图[07](来源: BGS-英国地质调查局)

1955-2000年的北磁极移动变化(average change in motion of the North Magnetic Pole)图[08]显示,1970年左右开始,北磁极移动速度在加快,速度由9 公里/年增加到了41公里/年。以目前的速度和方向,约在50年内就会移动到西伯利亚(Siberia)。

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图[08]

2.2 地球气温

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图[09](来源:IPCC, 2007)

1850-2005年的全球平均气温(global mean temperature)图 [09]显示,近几十年来的变暖速率迅速增加,这意味这全球变暖在加速。

2.3 冰川融化

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图[10](来源:NSIDC-美国国家冰雪数据中心)

1953-2009年北极海冰面积(Arctic Sear Ice Extent)图[10]显示,自从1979年后,北极冰川面积正迅速减少。

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图[11]

1970年至今的山脉冰川融化速度图[11]显示,世界各地的山脉冰川融化得非常快。到2020年,非洲乞力马扎罗山顶的冰雪很可能完全消失;到2030年,北美国家冰川公园的冰川将完全消失;未来几十年,欧洲阿尔卑斯山地区将失去所有主要冰川;过去30年里,亚洲喜马拉雅山绝大多数冰川都在快速退化和变薄;1948-1990年,南美布罗吉冰川长度缩减40-50% [11]。

2.4 地震

1997年是标准化的、校准过的地震仪普遍部署的100周年。1898年,仅有9个地震台站(seismograph stations)能够探测、定位和测量在全球任何地方的7.0级以上地震。到1931年,全世界有350个地震台站在运行,能定位和测量全球6.5级以上地震。到了20世纪50年代,地震仪系统可以定位全球所有6.0级以上地震。今天,超过4000个地震台站,在定位和测量着每年超过10,000起的5.0级以下地震。Tsapanos目录(Catalog)是最广泛的地震目录之一,“完整”的地震目录被认为是:7.0级以上的从1898年开始;6.5级以上的从1930年开始;6.0级以上的从1952年开始[12]。

1900-1997年的全球7.0级以上地震频率显示,20世纪,7.0级以上地震发生频率大致保持不变。1900-1997年7.0级以上的地震事件总计1960次,平均每年20次。在这20次中,8.0级以上地震平均每年1次,7.9-7.0级地震平均每年19次。

1990-2009年的全球7.0级以上地震强度分布(Global Earthquakes with Frequency, Intensity & Compression Zones) 图[13]中非常直观地显示出,1997年后7.0级以上地震发生频率明显增多。

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图[13]、图[14]

1973-2007年的全球日均地震次数(Daily World Earthquake Average)图[14]显示,近30年来6级以上和4级以上地震发生频率均大幅增加。2007年与1973年相比,6级以上地震频率增加了1倍,达到平均约2天就发生一次的水平;4级以上地震频率几乎增加了4倍。

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图[15]

1973-2006年的年度全球地震总数(Total Number of Earthquake Worldwide)图[15]显示,近30年来全球地震次数、频率增加迅速。1973-1989年,地震次数增加1倍;1973-1998年,地震次数增加4倍;1973-2005年,地震次数增加6倍。1973-2007年的年度地震能量(Annual earthquake energy)图[16]显示,近30年来地震释放的能量也呈快速增加趋势。

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图[16]

2.5 火山

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图[17]

1840-2008年的火山活动天数(Volcanic Activity Days)图[17]显示,火山爆发指数(VEI)在1级(相当于6.6级地震)以上的火山活动天数持续上升。

2.6 龙卷风

以绝对数量计算,美国的龙卷风居世界首位,平均每年超过1000次;加拿大居第二位,每年在100次左右,两国加起来占据了世界龙卷风的绝大多数[18]。其它经历较频繁龙卷风的地区包括北欧、西亚、孟加拉、日本、澳大利亚、新西兰、中国沿海、南非和阿根廷。

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图[18]

1916-2009年的美国龙卷风频率图[19]显示,1953年以来,美国龙卷风次数在迅速增加。[注:美国国家龙卷风数据集是在1953年建立的,之前的数据有漏报。近期报告的龙卷风数量的增加,部分也是由于公众和媒体报告意识增强。]

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图[19](来源:UNL-University of Nebraska–Lincoln)

2.7 干旱与洪水

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图[20](来源:EM-DAT)

1900-2007年的世界干旱和洪水事件数量(Number of Drought & Flood Events)图 [20]显示,虽然每年事件数量都有很大变化,但洪水和干旱事件总的趋势是越来越多,不管是次数还是频率,都增长迅猛,尤其自20世纪70年代以来。

2.8 自然灾害

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图[21](来源:EM-DAT)

1900-2004年的自然灾害(Natural Disaster)图[21]显示,20世纪70年代以来,地质灾害持续上升,水文气象灾害呈指数增长趋势。

3、太阳系

[注:本部分数据除本文提及的之外,均引自前几篇文章,这里不再给出索引。]

3.1 太阳的变化

1859年(S10),爆发了两个超级太阳耀斑,引发了历史上最大的磁暴——卡林顿事件(Carrington Event),使全球电报系统失控。
1972年(S20),爆发的一个巨大的太阳耀斑,引起的磁暴使美国伊利诺斯州长途电话瘫痪。
1989年(S22),爆发的一个类似的太阳耀斑,引起的磁暴使加拿大魁北克电力传输中断,并使该省600万人民被迫在黑暗中度过了9个小时;极光诱导的电流脉冲甚至融化了美国新泽西州的变压器。
2007年,本来预计会达到11年太阳活动周期的谷底,但这个周期末期延长了15个月以上。
2008-2009年,太阳沉睡,创造了太空时代的记录:低黑子数、弱太阳风、低太阳辐射,超过2年没有明显的太阳耀斑。
2009年,太阳磁场强度下降到了1 nT [注:通常认为不会小于4 nT],这是1845年有记录以来从未曾发生过的。
2013年(S24),NASA预测太阳活动会达第24个太阳周期高峰,爆发的太阳耀斑可能会以前所未有的程度影响地球。

3.2 地球的变化

1900-2000年,地球磁场持续减弱,至今,这种减弱趋势已超过250年。
1904-2001年,北磁极(NMP)朝西伯利亚方向移动了惊人的1100公里。
1970年之后,北磁极移动速度加快,现在的速度超过40公里/年;以目前速度和方向,预计2050年移到西伯利亚。
1970年之后,英国天文台的地磁抽搐(geomagnetic Jerks)频率加快。
1970-2005年,阿拉斯加的冬季平均气温上升5度,夏季平均气温上升10度,年均气温升高达7度,为全球之最。
1979-2009年,北极冰川面积迅速减少,预计至2020年北极夏季的冰川将完全消失。
1970年至今,世界各地山脉冰川融化很快,预计至2020年乞力马扎罗山顶的冰雪将完全消失。
1900-1997年,7.0级以上地震发生频率大致保持不变。但1997-2009年,7.0级以上地震发生频率明显增多。
1973年以来, 6级以上和4级以上地震发生频率均大幅增加。
1973年以来,全球地震总数及频率都在迅速增加。
1973年以来,地震释放的能量也呈快速增加趋势。
1840-2008年,火山爆发指数(VEI)在1级(相当于6.6级地震)以上的火山活动天数持续上升。
1953-2009年,美国龙卷风发生次数在迅速增加。
20世纪70年代以来,洪水和干旱事件越来越多,不管是次数还是频率,都增长迅猛
20世纪70年代以来,地质灾害持续上升,水文气象灾害呈指数增长趋势。

3.3 太阳系其它行星的变化

2008-2009年,水星的磁层和磁场迅速地改变,展现出了一个完全不同的磁层。
1975-2001年,金星夜间的大气光辉增加了2500%。
1975-1997年,火星迅速出现了云层和臭氧。火星在全球变暖,南极冰帽正在融化,高达50%的冰层地貌受到侵蚀。
1973-1996年,木卫一电离层的高度增加了1000%,1979-1998年表面温度增加了200%;木卫三也亮了200%,而且大气密度增加了1000%;木卫二变得更亮了。木星在全球变暖,而且有了等离子环,这在1974年前是没有的。
1981-1993年,土星等离子环密度增加了1000%;1980-1996年间,土星赤道云层旋转速度减少了惊人的58.2%。
1986-1996年,天王星在短短10年内就出现了明亮的云,非常显着。
1996-2002年,海王星近红外亮度增加了40%。
1989-2002年,冥王星大气压上升了300%,冥王星也在全球变暖。

4、分析与讨论

20世纪70年代,似乎是个标志性时间,此后,地球在地质方面、水文气象方面均发生了巨大变化,反映了地球内部活动及大气活动在加剧。同一时期内,太阳系其它行星也在经历巨大变化,变化比地球更强烈。

这一切是不是太阳造成的呢?不是。因为,1970-2010年的40年内,太阳至少经历了2个完整的小(黑子周期)和1个完整的大周期(磁场逆转周期),周期性变化怎幺能引起行星的单向变化呢?就是太阳本身也在发生前所未有的异常变化:本该2007年结束的第23个太阳活动周期延长了15个月以上。2008-2009年,太阳沉睡,创造了太空时代的记录:低黑子数、弱太阳风、低太阳辐射,超过2年没有明显的太阳耀斑。2009年,太阳磁场强度跌破了底限,达到了创纪录的最低值。

一定有更深刻的变化在发生,只是目前还不清楚。是太阳系遇到了什幺,还是银河系在作调整?不知道。

[References]

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

[02] New Solar Cycle Prediction

[03] Interplanetary Magnetic Field (IMF)

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

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

[06] Magnetic Flip (关于地球磁场逆转)

[07] THE EARTH'S MAGNETIC FIELD - AN OVERVIEW

[08] Earth’s Magnetic Field and Climate Variability [last update: 2010/05/28] (关于地球磁场变化)

[09] Modern Day Climate Change, by Scott A. Mandia (Professor - Physical Sciences) (关于地球气候变化)

[10] Increase Of Earthquakes And Volcanic Activity Are Caused By Climate Change

[11] Glaciers melting at alarming rates, Modified WWF release, September 7, 2005

[12] EARTHQUAKES AND THE END TIMES, Steven A. Austin and Mark L. Strauss.

[13] Global Fracture System: Earthquake Frequency, Intensity

[14] World Earthquake Activity

[15] EARTHQUAKES - WHAT ARE THE LONG TERM TRENDS?

[16] Earthquake Energy Rise on Earth, Tom J. Chalko, MSc, PhD, 2008

[17] EARTH CHANGES CHARTS / VOLCANISM- EARTHQUAKES

[18] U.S. Tornado Climatology

[19] U.S. TORNADO CLIMATOLOGY

[20] Extreme Drought and Flood Events

[21] human impact, and geography of natural disasters over time and currently (关于自然灾害)

2012会发生什幺(2)太阳系的变化

2012会发生什幺(4)黑暗伴星