太阳磁场每11年翻转一次，标志着太阳活动周期的重要阶段，影响地球环境。
太阳正处于一个重大事件的边缘：磁场翻转。
这种现象大约每11年发生一次，标志着太阳活动周期的一个重要阶段。极性转换表示太阳活动高峰的中点，以及向太阳活动最低点过渡的开始。
上一次太阳磁场翻转是在2013年底。但是，这种极性转换的原因是什么，它是否危险呢？让我们深入了解太阳磁场翻转及其可能对地球产生的影响。
要理解磁场的翻转，首先需要熟悉太阳活动周期。这个大约11年的太阳活动周期由太阳磁场驱动，通过表面可见的黑子频率和强度来表示。在某个太阳活动周期的高峰时期被称为太阳活动最大期，目前预计将在2024年底至2026年初之间发生。
但是，还有一个非常重要但较少被了解的周期，它包括两个11年的太阳活动周期。这个磁周期被称为哈雷周期，持续大约22年，在此期间太阳磁场翻转然后恢复到原始状态。太阳天体物理学家Ryan French告诉Space.com。
在太阳活动最低期，太阳的磁场接近一个双极子，具有一个北极和一个南极，类似于地球的磁场。但是，随着我们向太阳活动最大期过渡，“太阳的磁场变得更加复杂，没有明显的南北极分离，”French说。到了太阳活动最大期过去，太阳活动最低期到来时，太阳将恢复到一个双极子状态，但极性已经翻转。
即将到来的极性转换将在北半球从北磁场转换为南磁场，南半球则相反。“这将使其具有与地球类似的磁性取向，地球的南向磁场也在北半球，”French解释道。
是什么导致极性转换？
这种翻转是由黑子驱动的，黑子是太阳表面磁性复杂的区域，能够引发显著的太阳事件，如太阳耀斑和日冕物质抛射(CMEs)——大规模的等离子体和磁场爆发。
在太阳活动最大期间，在中纬度地区可以看到大量的太阳黑子，而在太阳活动最小期间，在赤道地区可以看到非常少量的太阳黑子(有时为零)。
随着黑子靠近赤道，它们将具有与旧磁场匹配的方向，而靠近极地形成的黑子将具有与新磁场匹配的磁场方向，这被称为哈雷定律。
“活跃区的磁场逐渐向极地移动并最终导致翻转，”斯坦福大学Wilcox太阳天文台主任Todd Hoeksema告诉Space.com。
但这种极性翻转的确切根本原因仍然是个谜。“这涉及整个[太阳]周期，我们还没有一个真正自洽的数学描述，”斯坦福大学太阳物理学家Phil Scherrer曾告诉Space.com。“在能够建模之前，很难真正理解这一现象。”
这真的取决于磁场的来源。“会有很多黑子吗？这些黑子会对极地磁场贡献，还是会局部抵消？”Hoeksema说。“这个问题我们还不知道如何回答。”
翻转发生得有多快？
我们所知道的是，太阳磁场翻转不是瞬间完成的。它是一个从双极子到复杂磁场再到反转双极子的逐步过渡，整个过程贯穿11年的太阳活动周期。“简而言之，太阳极性翻转没有特定的‘时刻’，”French说。“不像地球，地球的翻转通过南北极的迁移来测量。”
通常需要一到两年时间才能完成翻转，但这个过程可能会有很大变化。例如，第24太阳活动周期的北极场从2019年12月结束，几乎花了五年时间才完成翻转，根据国家太阳天文台的数据。
磁场翻转如此渐进，你甚至不会注意到它何时发生。而且，不管听起来多么戏剧化，这并不是世界末日的预兆。“世界不会明天就结束，”Scherrer说。
然而，我们将体验到一些极性翻转的副作用。
磁场翻转如何影响我们？
艺术家对日光层电流片的印象，当太阳磁场翻转时，电流片变得更加波浪形。
太阳磁场的翻转会对地球产生多种影响，主要通过空间天气现象来体现。
太阳磁场的变化会影响到太阳风，这是从太阳释放出来的带电粒子流。当磁场翻转时，这些粒子的方向和强度可能发生变化，导致更多的太阳风暴。太阳风暴会影响地球的磁层，进而对我们的通讯、导航系统以及电网造成干扰。例如，强烈的太阳风暴可能导致卫星通讯中断、GPS信号失准以及大规模电力中断。
此外，太阳磁场的翻转会影响到极光的强度和频率。极光是由带电粒子与地球大气层中的分子碰撞引起的，当太阳活动增强时，极光现象会更加频繁和壮观，尤其是在高纬度地区。
尽管这些影响看起来可能相当严重，但科学家们已经能够监测和预测太阳活动，因此我们可以采取相应的预防措施来减轻其带来的影响。例如，电力公司可以在预期到强烈太阳风暴时采取保护措施，卫星运营商也可以调整卫星的运行参数来减少干扰。
总的来说，太阳磁场的翻转是一个自然现象，它不会对地球造成毁灭性的影响。相反，通过了解和监测这个过程，我们可以更好地应对其带来的影响，从而保障我们的科技系统和基础设施的正常运行。