太陽活動

太陽活動是太陽所發出太陽輻射的總量變化，以及數千年來的光譜分佈變化。這些活動具有一些週期性，其中最主要的是長達11年的太陽週期。不過這些變化也具有非週期性的波動。太陽活動的估計原本是透過計算太陽黑子數量，近幾十年來，已經改由人造衛星直接觀測。氣候變遷科學家想要了解太陽活動的變化，會對地球與地球氣候造成哪些影響。太陽活動對地球的影響被稱為"太陽驅動力"。在衛星時代來臨前，總體太陽輻照度。沒有對較長期變異直接測量的代理測量變通的不同度量，以最近的結果建議在過去2,000年間的變動大約在0.1%，雖然其他資料建議從1675年起的太陽輻照度增量為0.2% 。太陽變異和火山作用的組合可能是造成一些氣候變化的起因，像是蒙德極小期。對2006年現有回顧，刊登在自然，確定自1970年代中期太陽亮度沒有淨增值，並且在過去400年中太陽輸出能量的變化不太可能造成全球性變暖的主要部份變化。然而，同一份報告的作者也警告說："除了太陽的亮度之外，來自宇宙射線和紫外線輻射對氣候更微妙的影響不可能被排除。他們也補充說，因為物理模形認為這樣的作用不足以開發，使得這些影響尚未能被證實" 。進入太陽活動研究的歷史.太陽活動變化的最長久紀錄是太陽黑子的變化。太陽黑子的第一次紀錄大約是在西元前800年前的中國，最老的描繪紀錄約在西元1128年。在1610年，天文學家開始用望遠鏡紀錄黑子和它們的運動，最初的研究聚焦於本質和行為。然而，黑子的物理性質直到20世紀仍未能被辨認，所以觀測還在持續中。在17世紀和18世紀，由於黑子的數目偏低，使得研究受到了阻礙，而現在認為是太陽活動低潮被延長的一段期間，如同所知的蒙德極小期。在19世紀之前，已經有足夠長的數值紀錄可以推斷黑子活動的週期性。在1845年，普林斯敦大學的教授約瑟夫·亨利和史蒂芬·亞歷山大使用熱電堆觀測太陽，並且確認黑子的輻射比周圍地區的太陽表面為低；稍後又觀測到太陽的光斑發射出的輻射高於平均數值。大約在1900年，研究人員開始探索太陽活動和地球上天氣間的關聯性，特別值得注意的是查爾斯·格里利·阿布特的工作，因為他在史密松寧天文物理觀測所領導觀察太陽輻射的變化。它的團隊必須從發明測量太陽輻射的儀器開始，之後，當他成為SAO的領導人時，他在智利的卡拉瑪建立太陽觀測站，以補威爾遜山天文臺在資料資料上的不足。他在273個月的海爾週期中找出了27個諧波的週期，包括7、13、和39個月的模式。他透過城市各個月的天氣紀錄，像是溫度變化與降雨量與太陽活動匹配或反對太陽活動的趨勢，尋找天氣間的關聯性。隨著樹齡學的發展，像是沃爾多·S.·葛洛克等科學家注意到樹木的生長和現存紀錄上太陽活動週期之間的關聯性，並且以長達世紀的太陽常數變化，推論千年尺度的年代學也有相似的變化。統計學上的研究顯示天氣和氣候與太陽活動的關聯是世紀性的，資料回推至1801年，當威廉·赫歇爾注意到麥子的價格和黑子紀錄之間有明顯的關聯性他們現在以來自表面的網路收集和氣象衛星觀察的資料作全球性高度密集的比對，以綜合或觀察研究太陽變異的作用如何透過地球氣候系統散佈的詳細過程，並且/或強迫建立氣候模型。太陽活動.太陽黑子.太陽黑子是太陽強烈的磁場活動抑制了對流的作用，因而使得於表面溫度相對較低、顏色較暗的區域。黑點的數量關聯到太陽輻射的強度，在1980年代，以阿布特、Foukal等人查出，因為圍繞黑子周圍的區域更加明亮，整體的作用是越多的黑點意味著太陽越明亮。曾有一些建議認為太陽直徑的變化也許會導致輸出的改變，但是最近的工作，主要是SOHO的米契森都卜勒影像儀，顯示這種變化量極為微小，大約只有0.001%。各種各樣的研究都應用了黑子數目來進行，同樣的，地面儀器與在軌道極高高度上的儀器之間也做了比對和較準。研究人員結合目前的資料和調整歷史上的資料，其他代理的資料 － 像是宇宙射線產生的同位素 －被用來推斷太陽磁場的活動和可能的亮度。太陽黑子的活動已經使用沃夫數測量了300年之久，這個索引使用黑子的數量和群組數量兩者補償在測量上的變化。芬蘭Oulu大學的Ilya Usoskin在2003年的研究指出，黑子的活動從1940年代開始比過去的1150年都要頻繁。透過樹齡學使用放射性碳的濃度變化，已經重建了11,400年的黑子數目。在過去70年的太陽活動水準似乎是異常的，而相似的巨大變化最後一次大約發生在8,000年前。太陽的磁性活動較過去的11,400年高出了大約10%，並且早期的高活動性期間都比現在的事件要短。歷史上的太陽活動極大期與極小期表，也包括最大的極小期ca. 690 AD, 360 BC, 770 BC, 1390 BC, 2860 BC, 3340 BC, 3500 BC, 3630 BC, 3940 BC, 4230 BC, 4330 BC, 5260 BC, 5460 BC, 5620 BC, 5710 BC, 5990 BC, 6220 BC, 6400 BC, 7040 BC, 7310 BC, 7520 BC, 8220 BC, 9170 BC.太陽週期.太陽週期是太陽行為上的迴圈變化，許多可能的模式曾被建立起來，但在觀測上只有11年和22年的週期是很清楚的被觀察到。其他曾經被偵測到的模式：由於海洋對熱的惰性，使受到太陽變化影響的氣候敏感性產生更長週期的變化，並且減緩了變化的頻率。Scafetta和West發現氣候的敏感度是22年週期的1.5倍，而強制對應於11年的週期，並且熱惰性使得在氣候迴圈中的溫度變化大約滯後2.2年。地球和它表面的太陽照度.太陽照度，是抵達地球陽光每單位面積的總量。這種裝置用來測量光學亮度、全輻射或是各種不同頻率的輻射。歷史上的估量曾用過許多種測量和替代的方法。它們有兩種通俗的意義：大氣層內不同的氣體會吸收太陽輻射中不同的波長，雲和塵埃也會有影響。因此對大氣層之上的測量需要觀察各種不同的太陽輸出，包括會在大氣層內造成混淆變化的效應。的確，有一些證據顯示在最近的這50年照射至地球表面的陽光可能因為大氣層的汙染而有所減少，而在同時期內太陽的輸出幾乎是恆定的。米蘭科維奇迴圈變化.有些日照上的變化不是來在太陽的變化，而是因為地球接近或遠離太陽，或是抵達地球的區域輻射在數量上的變化，這些會導致長期性的日照發生25%的變化。在最近影響深遠的事件是在"全新世氣候最適度 "的北半球夏季，自轉軸傾斜24°太陽與地球的互動作用.有好幾種不同的假說試圖解釋太陽活動對地球可能的影響。有些變化，像是太陽大小的改變，目前只在天文學的領域中有人感興趣。由太陽活動導致的其他影響.太陽微粒的互動作用、太陽磁場和地球的磁場，造成行星表面的微粒和磁場的變化，極端的太陽事件可能影響電子裝置。太陽磁場的衰弱相信會始抵達地球大氣的宇宙射線數量增加，改變抵達地球表面的微粒種類。它被推測的一種變化認為宇宙射線可能導致地球上某種雲層數量的增加，影響地球的反照率。地磁的效果.地球的極光是與太陽風、太陽磁場、地球磁場和地球的大氣層互動作用創造出來的，其中的任何變化都會影響極光的型別。突然的變化會在地球磁場的分佈上造成強烈的幹擾，稱為地磁風暴。太陽質子事件.高能量的質子可能在主要的耀斑尖峰發生之後30分鐘抵達地球，當發生這種太陽質子事件，地球是沐浴在來自耀斑的高能太陽微粒之下。其中有些微粒會順著地球磁場盤旋而下，擊穿數層地球的大氣上層，並且導致大量的大氣質點電離，並且使環境中的輻射能大增。銀河宇宙射線.太陽活動的增加。GCR的水平被碳-14和鈹-10的生成影響間接的記錄下來。大約2300年的Hallstatt太陽週期反射在氣候上的Dansgaard-Oeschger events。80-90年的Gleissberg週期再長度上取決於一併發生的11年太陽週期，並且看起來在這段時間也發生了相同的氣候模式。雲的效果.在電離上的變化影響到在氣溶膠內形成雲層的核種的豐度。這樣的結果，電離化的水平潛在性的影響到結露、低雲、相對濕度和與雲有關的反照率。由大量的凝結種核形成的雲比較明亮，能長期存在，並且可能產生的降雨和雪較少。3%-4%的雲量變化和雲頂溫度的變化與太陽週期的11年和22年相關聯，但GCR的水平增加卻在"反平行"迴圈。全球平均的雲遮蔽率變化在1.5-2.0%。有些研究顯示GCR和雲量的變化在緯度高於50°是正相關的，但在低緯度卻是負相關。然而，不是所有的科學家都相信統計的結果，並且規因於太陽的其他一些變化而不是直接對GCR變動.。在解釋這些互動作用的困難在於事實上太陽的可變性太多，許多方便都在同時變化，並且一些氣候系統都有延遲反應。碳-14的產生.碳-14的生成，導致氮進行β衰變，因而轉換成不尋常的，原子量為14的碳同位素，而不是一般常見的原子量為12。矛盾的是，太陽活動的增加導致抵達地球大氣層的宇宙射線減少，因而使14C的生成減少。這是因為宇宙射線在太陽系內會被太陽風的磁場向外排開。因而宇宙射線強度和碳-14的生成反比於活動的一般水平。因此，大氣層的14C在太陽黑子極大期是低值，當太陽黑子極小期時是高值。測量在樹木中捕獲的碳-14和記算年輪，放射性碳在木頭年輪中的數量可以測量出對應的日期。過去10,000的14C重建展示出在中間-全新世的7,000年以前是高的，並且一直減少至1,000年前。除了在太陽活動上的變化之外，碳-14的升成和長期變化還受到地球磁場和生物圈的影響。全球暖化.研究人員的爭議是太陽變化在現今的氣候變化中是否扮演主要的角色。在IPCC提出的第三次評估報告，IPCC說明被測量到的太陽光度變化遠小於預測由於溫室氣體造成的氣候變化In 2002, Lean et al.。宣告中，"有...增加的經驗證據為太陽在氣候變化中扮演的角色是數個11年的迴圈週期"，"太陽活動在地球代理人也許過度高估了太陽照射度變化的角色。"最近，在2006年9月的自然雜誌刊登的一篇本質上是回顧和研究的文章，認為有確實的證據顯示太陽亮度的變化在全球暖化上的作用較少，長久以來太陽的輸出似乎只有少量的變化。洛克伍德和Fröhlich，在2007年發現有明確的證據顯示地球在工業化之前太陽對氣候的影響，在上個世紀的前半世紀也許是一個因素，但是在工業化之後，特別是在過去的20年，所有太陽的變化都趨向使氣候向相反的方向變化，但卻要去解釋觀察到的全球平均溫度上升的現象"。