太阳活动周期形成外因的综合研究

【摘要】： 太阳上经常可以观测到太阳黑子、日珥、耀斑等各种活动现象,统称为太阳活动。太阳黑子是太阳活动的基本标志,其他活动现象都与黑子有密切关系,太阳活动周期通常用黑子变化周期标记。太阳活动具有极其复杂的周期性,太阳黑子的11年周期现在已是不争的观测事实,但是其他长周期和短周期则因观测数据的选择和分析方法的不同而众说纷纭。黑子的形成机制,特别是其周期的形成原因,一直是太阳物理讨论的重要课题。 为了解释太阳活动周期的某些特性,人们提出各种模型和假设。归纳起来,有内因和外因两种观点。一种认为,太阳活动周期性的起因不在太阳内部,而在于太阳系大行星对太阳的引力通过某种方式“触发”了太阳活动。这种理论能够说明太阳活动的平均周期等特性,对太阳活动预报有一定价值。另一种则认为太阳活动周期性起因于太阳内部,是太阳对流层内的磁场和物质运动相互作用所决定的。这种设想意味着,针对太阳对流层内的具体物理状况来同时求解流体力学方程和电磁学方程。遗憾的是,适合太阳对流层条件的方程解是否存在,目前还没有定论。因此,这类理论目前只能在某些简化条件下作个别近似的描述。本文主要探讨太阳活动周期形成的外部原因。 本文的研究工作包括三大部分: 1、在前人观测的基础上,利用258年的太阳黑子月均值资料,分析了太阳黑子的长周期特性;利用130年的太阳黑子日均值资料,分析了黑子的短周期特性。 2、应用天体力学中N体问题的动力学模型,数值模拟了太阳系演化过程中八大行星对太阳表面的引潮力;另外,也模拟了太阳相对太阳系质心的运动轨道,计算了太阳轨道运动的惯性离心力和轨道角动量。 3、通过频谱分析,比较了引潮力合力及各分力的周期变化与太阳黑子周期的关系,也比较了太阳运动与太阳黑子周期的关系。 本文研究所得主要结果如下: 1、引潮力南北、东西和垂直分量与黑子长周期没有明显对应关系,但引潮力合力和太阳黑子均存在约11.8年和10年的周期,两周期的合成能得到黑子的11年周期。没有发现太阳相对太阳系质心运动与太阳活动周期的对应关系。 2、将太阳活动周分为低谷和高峰研究黑子数变化,能呈现明显的时变性。太阳黑子短周期中有许多谐波系列,且绝大多数与行星周期或行星会合周期相吻合。 本文研究的创新点为: 1、本文的引潮力模拟方法不同于以往任何人,一是考虑了所有大行星的作用,二是以当前实际测量的行星轨道根数为轨道积分的初始条件,采用了“逆时”计算的反演方法。这样行星作用力的变化可以与太阳黑子的变化进行同步比较,其结果应该比假设初始条件所得结果较可靠和科学。 2、本文的引潮力研究结果也不同于他人,前人注重引潮力的垂直分量分析,我们发现了引潮力合力与黑子变化有比较明显的对应关系。 3、发现了黑子短周期的时变规律,并发现其有许多周期与行星运动周期对应。 本文的研究方法和所得结果不仅可以对太阳活动周期的研究和预报提供有一定价值的参考,对太阳物理的其他课题研究也将有一定借鉴的意义。 本文研究的遗憾之处,在于还没有把太阳黑子形成的内因与外因结合起来从理论上建立一个合理的模型,模拟出一个与太阳黑子能完全同步变化的驱动力曲线。