來自太陽的極端空間天氣事件可能會對衛(wèi)星、通信系統(tǒng)、配電和航空等系統(tǒng)造成重大影響。這些空間天氣由太陽活動驅動，眾所周知，太陽活動有一個不規(guī)則，但大約11年的周期。

通過設計一種新的、規(guī)則的“太陽鐘”，研究人員發(fā)現(xiàn)，太陽活動高峰期的開關相當準確，并且能夠確定開關的時間。研究分析表明，雖然極端事件可能在任何時候發(fā)生，但在平靜時間段發(fā)生的可能性要小得多。

這樣的太陽鐘將幫助科學家更準確地確定太陽風暴風險最高的時間，并幫助規(guī)劃空間天氣對人類空間基礎設施的影響，這一點很重要，因為隨著太陽活動從目前的最低水平移動，下一次活動可能即將啟動。由華威大學領導的一個研究小組發(fā)表在《地球物理研究快報》期刊上的“太陽鐘”使用了自1818年以來每日太陽黑子數(shù)記錄，將18個太陽周期的太陽活動映射為標準化的11年周期或“時鐘”。

其中沒有兩個太陽活動周期是相同的，但通過使用一種名為希爾伯特變換的數(shù)學技術，研究人員首次能夠將太陽活動周期標準化。太陽鐘顯示太陽活動的靜止期和活躍期之間的轉換是尖銳的。一旦根據(jù)太陽黑子觀測建造了時鐘，可以用來命令對太陽活動和空間天氣的觀測。這些包括GOES衛(wèi)星在X射線中看到的太陽耀斑發(fā)生，以及跟蹤太陽日冕活動的F10.7太陽射電流量。這些都是地球上空間天氣的驅動因素，最長記錄是基于150多年前英國和澳大利亞磁場測量得出的AA指數(shù)。

希爾伯特變換

所有這些觀測都顯示出相同的活動開啟和關閉時間。一旦從太陽鐘獲得過去的開關時間，就可以計算出太陽活躍或安靜時極端事件的發(fā)生率。華威大學核聚變、空間和天體物理中心的主要作者桑德拉·查普曼教授說：科學家們一生都在努力閱讀自然之書，有時我們創(chuàng)造了一種新的方法來轉換數(shù)據(jù)，那些看似混亂和復雜的東西突然變得非常簡單。在這種情況下，太陽鐘方法第一次顯示了清晰的‘開啟’和‘關閉’時間，為太空天氣劃分了平靜和活躍的間隔。

任何時候都可能發(fā)生大事件，但更有可能發(fā)生在太陽活動高峰期附近。通過對觀測結果進行干凈的排序，研究發(fā)現(xiàn)，在地球150年的地磁活動中，只有幾%的事件發(fā)生在這些太陽平靜期的條件下。估計未來發(fā)生太陽超級風暴風險的能力，對于衛(wèi)星、通信系統(tǒng)、配電和航空等對空間天氣特別敏感的空間和陸基技術至關重要。如果有一個對太空天氣敏感的系統(tǒng)，需要知道發(fā)生重大事件的可能性有多大，知道什么時候處于平靜時期是很有用的。

因為它允許維護和其他活動，這些活動會讓系統(tǒng)暫時變得更加脆弱。這項研究由國家大氣研究中心的斯科特·麥金托什、馬里蘭大學的羅伯特·利蒙和美國宇航局戈達德太空飛行中心的羅伯特·利蒙以及華威大學和倫敦經(jīng)濟與政治學院的尼克·沃特金斯共同撰寫。希爾伯特變換在整個科學界都是一項非常強大的技術，桑德拉在一個完全不同的項目上向推薦了這項技術（這真的是一系列偶然的事件）因為她在實驗室聚變等離子體方面的研究。

當將其應用于太陽黑子時，發(fā)現(xiàn)它與在其他地方看到太陽活動的急劇啟動有關，然后后看到了AA指數(shù)的關閉。研究人員預見：這項創(chuàng)新研究開啟的大門，將導致對太陽活動有意義的氣候學的發(fā)展，并由此帶來更好的可預測性。

博科園｜研究/來自：華威大學

研究發(fā)表期刊《地球物理研究快報》

DOI: 10.1029/2020GL087795

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