新的“太阳钟”以惊人的精度量化了极端太空天气的周期

太阳和地磁活动的不规则但大约11年周期的多个周期，随着顺时针读取时间的增加，被映射到常规太阳周期时钟上。圆圈表示周期最大值（红色），最小值（绿色）和终止符（蓝色）。太阳活动的度量标准是每日F10.7太阳辐射通量（蓝色）和GOES X级，M级和C级太阳耀斑的发生情况（红色，蓝色和绿色比例的直方图）。在aa地磁指数中看到的地球极端空间天气事件显示为排列在同心圆上的黑点，其中半径增大表示在任何给定的一天中aa值都超过100、200、300、400、500、600nT，大事件显示为“辐条”。活动结束时标识的时钟在终结者处打开，而在终结符处关闭（蓝线）。

极端太空天气事件会严重影响卫星，通信系统，配电和航空等系统。它们受太阳活动的驱动，太阳活动的周期不规则，但大约为11年。通过设计一个新的常规“太阳钟”，研究人员发现，太阳活动频繁的时段的开启和关闭非常明显，并且能够确定开启/关闭的时间。他们的分析表明，尽管极端事件随时可能发生，但发生在安静时段的可能性要小得多。

时钟将帮助科学家更精确地确定何时发生太阳风暴的风险最大，并有助于计划太空天气对我们太空基础设施的影响，这一点很重要，因为随着太阳活动从目前的最低水平开始，下一次活动即将到来。

由华威大学（University of Warwick）领导的研究小组在地球物理研究快报上发表了该太阳钟，它利用自1818年以来的每日太阳黑子数记录，将18个太阳周期内的太阳活动映射为一个标准的11年周期或时钟。没有两个太阳周期是相同的，但是使用称为希尔伯特变换的数学技术，研究人员能够首次对太阳活动周期进行标准化。

时钟显示，太阳活动在安静和活跃时段之间的过渡非常明显。一旦从太阳黑子观测中构建了时钟，就可以将其用于订购太阳活动和太空天气的观测。其中包括GOES卫星在X射线中看到的太阳耀斑和跟踪太阳日冕活动的F10.7太阳辐射通量。这些都是地球上太空天气的驱动因素，最长的记录是基于150年来英国和澳大利亚的磁场测量得出的aa指数。所有这些观察结果表明，活动的开启和关闭时间相同。

一旦从时钟获得过去的打开/关闭时间，就可以计算出太阳活动或安静时极端事件的发生率。

华威大学融合，空间与天体物理学中心的首席作者桑德拉·查普曼教授说：“科学家们毕生尝试阅读自然之书。有时，我们创建了一种新的方式来转换数据，而看起来杂乱而复杂的内容突然变得非常简单。在这种情况下，我们的太阳时钟方法显示了清晰的“打开”和“关闭”时间，首次为太空天气划定了安静和活动间隔。

大事件可以随时发生，但更有可能发生在太阳最高峰附近。通过对观测进行整洁的排序，我们发现在地球上150年的地磁活动中，在这些安静的条件下仅发生了百分之几。

“对于未来对太空天气特别敏感的空间和地面技术，例如卫星，通信系统，配电和航空，估计未来太阳超级暴风雨风险的能力至关重要。

“如果您的系统对太空天气敏感，那么您需要知道大事件的发生可能性，并且知道我们处于安静时期的时间非常有用，因为它允许进行维护和其他活动，从而使系统暂时变得更脆弱。”

这项研究是由美国国家大气研究中心的斯科特·麦金托什（Scott Mcintosh），马里兰大学的罗伯特·里蒙（Robert Leamon）和美国宇航局的戈达德太空飞行中心以及沃里克大学和伦敦政治经济学院的尼克·沃特金斯（Nick Watkins）合着的。

罗伯特·里蒙（Robert Leamon）说：“希尔伯特变换在整个科学领域都是一项非常强大的技术。Sandra在一个完全不同的项目上向我提出了建议-这确实是一个偶然的事件-由于她在实验室聚变等离子体中的工作，当我们将其应用于黑子时，我们发现它与活动的急剧启动有关我们在其他地方见过。然后，桑德拉（Sandra）看到了关闭状态，查看的是aa指数。”

斯科特·麦金托什（Scott Mcintosh）说：“我们预见到这项创新工作将打开的大门将导致发展有意义的气候，促进太阳活动并由此提高可预测性。”

参考：S. C. Chapman，S。W. McIntosh，R。J. Leamon和N. W. Watkins量化极端太空天气的太阳周期调制，2020年5月30日，地球物理研究快报。DOI：
10.1029 / 2020GL087795