最近，有消息称，“太阳时已经连续15天没有出现黑子，受其影响，地球即将进入一个寒冷期。”竟然有这么严重吗？我是不是要去买军大衣啦？各位不必担心，大院er和大家聊一聊“太阳黑子”和太阳活动周期。

　　如果区区15天不出现黑子就能为地球“解暑”的话，那么今年夏天，北方地区就不需忍受副热带高压带来的持续高温闷热天气了。事实上，自2018年初至今，已经累计有一百五十多天在太阳上没有观测到任何太阳黑子。太阳黑子的减少或消失并不意味着地球寒冷期的来临。太阳只不过按照它11年的活动周期，进入了例行的休息阶段。

2018年9月19日SDO卫星的观测数据显示，太阳黑子目前已经在太阳表面上完全消失。（来源：NASA）2018年9月19日SDO卫星的观测数据显示，太阳黑子目前已经在太阳表面上完全消失。（来源：NASA）
　　什么是太阳黑子呢？

　　如果你使用加装了滤光片的望远镜观察太阳，会发现太阳表面有时会出现一些黑色的斑点，这便是太阳黑子。太阳黑子倾向于成群出现，太阳上每个黑子群中黑子的数量从一两个到几十个不等。 一些黑子数量多、面积比较大的黑子群是显著的天文现象，在日落或有薄雾时通过肉眼就可以观察到（但请读者不要进行这样的尝试，以免对眼睛造成不可逆的损伤）。

2014年10月18日，SDO卫星观测到的超大黑子群。（来源：NASA）2014年10月18日，SDO卫星观测到的超大黑子群。（来源：NASA）
　　由于太阳黑子十分容易观察，因此在天文望远镜出现前就已经有了对黑子的记录，其中最早的就来自于我们中华民族那些敏锐的观察着万物变化的祖先们。公元前43年，《汉书》五行志中记载那年四月之中，“日色青白，亡影，正中是有景亡光。”公元前28年，《汉书》又记载“日出黄，有黑气，大如钱，居日中央”。

　　黑子其实并不黑 

　　这是因为黑子所在区域的温度低于周围温度。黑子中心的温度约4000~4500K（开尔文），相对于温度在6000K左右的明亮太阳光球显示出了较黑的颜色。实际上，黑子本身也向外发光。如果将黑子单独移动到另一片天空之中，其发出的光亮会比正月十五的月亮还用明亮。

Trace卫星拍摄的太阳黑子精细结构。（来源：Wekipedia）Trace卫星拍摄的太阳黑子精细结构。（来源：Wekipedia）
　　那么，为什么黑子又会成为太阳上的温度“洼地”呢？

　　原来，黑子是太阳上强磁场的聚集区，黑子所在位置的太阳磁场强度可达0.1-0.4T（特斯拉），约是地磁场强度的数千倍。组成太阳的物质，并非我们日常生活中所能接触到的固、液、气三态，而是一种被称为等离子体的状态，由带负电荷的电子和带正电荷的离子构成。磁场和等离子体间存在着冻结效应，等离子体不能横越磁力线流动。当磁场较强时，磁力线就像一根根栅栏，阻碍了太阳物质的对流运动，导致太阳内部释放的能量不能及时运输到黑子所在位置。缺了能量，黑子自然就又“冷”又黑了。

太阳黑子上方的磁场结构。（来源：亚利桑那大学）太阳黑子上方的磁场结构。（来源：亚利桑那大学）
　　黑子11年变化规律与太阳活动

　　1844年，连续积累18年的太阳黑子群数量记录启发了德国天文学家施瓦贝（Samuel Heinrich Schwabe）。在太阳表面呈现的黑子数随时间起伏变化的数据中，他发现了太阳黑子数量的变化规律：在为期11年的周期中，黑子数先增加，之后逐渐减少，最终回到11年周期开始时的水平。要确凿的验证这一规律，18年的数据显然不够充分。于是瑞士天文学家沃尔夫（Rudolf Wolf）一头扎进了故纸堆，在浩如烟海的文献中找到了从1749到1847年的太阳黑子数记录。在这些记录中，太阳黑子数仍然明显的以约11年的周期发展变化。

太阳黑子数目随时间的变化曲线，呈现了明显的周期性。（来源：SILSO dataimage， Royal Observatory of Belgium， Brussels）太阳黑子数目随时间的变化曲线，呈现了明显的周期性。（来源：SILSO dataimage， Royal Observatory of Belgium， Brussels）
　　时至今日，人们已经对太阳黑子的11年变化周期有了更深入的认识。科学家们将黑子数变化的周期称为太阳活动周。在每个太阳活动周开始后，在太阳南北纬30度左右出现的黑子群打破了太阳的沉寂，之后，太阳黑子的数目开始上升，并逐渐达到活动周中的最大值。之后，太阳黑子的数目会在一定时间内维持在较高的水平，并小幅波动。再往后，太阳黑子的数量开始稳步下降，最终在太阳表面上完全消失。随着太阳活动周的发展，黑子出现的位置也逐渐从南北纬30度附近向赤道附近转移。如果将黑子出现的位置按照时间顺序标记到同一张图上，就会形成一种形似蝴蝶的图案。

太阳黑子出现纬度随时间变化的示意图，也称为“蝴蝶图”。（来源：Wikipedia）太阳黑子出现纬度随时间变化的示意图，也称为“蝴蝶图”。（来源：Wikipedia）
　　根据历史数据，沃尔夫将1755年定为第一个太阳活动周的开始，之后，每当进入新的太阳活动周，就将太阳活动周的计数加一。根据黑子变化情况确定的太阳活动周时间不是严格的11年，可能比11稍长或稍短。

　　我们来看下现实记录，例如，从1996年8月到2008年12月的第23太阳活动周持续了12.3年，而它之前的第22太阳活动周仅持续了9.9年。在两个太阳活动周交替的时期，会出现太阳黑子完全消失的现象。在第23太阳活动周末期，共出现了至少817个“无黑子日”。而2008年更是创造了自有连续可靠黑子数记录以来全年无黑子天数第二多的记录，全年中共有266个无黑子日，仅次于1913年311个无黑子日的记录。连续若干天没有黑子也是一件稀松平常的事。自1849年起，共出现了29个连续30天以上无黑子出现的时期，其中最长的出现在1913年4月8日至1913年7月8日，共92天。而在1913年，全球平均气温正处在稳步上升的过程中，黑子的消失并没有改变这一趋势。

近百年全球平均气温随时间变化的趋势。图中标出的数据是每年的平均气温减去 1951-1980 年的平均温度得到的温度异常值。从图中不难看出，平均气温曲线并没有和黑子数曲线那样明显的周期性变化。（来源：NASA）近百年全球平均气温随时间变化的趋势。图中标出的数据是每年的平均气温减去 1951-1980 年的平均温度得到的温度异常值。从图中不难看出，平均气温曲线并没有和黑子数曲线那样明显的周期性变化。（来源：NASA）
　　黑子一消失 就意味着冰河期来临？

　　为什么太阳黑子一消失，就总会有人“预言”冰河期要来临呢？这要从著名的“小冰河期”和太阳活动的“蒙德尔极小期”说起。

　　所谓“小冰河期”，指的是从16世纪到19世纪全球出现寒冷天气的一段时间。由于那时的气象观测条件还不尽完善，小冰河期持续的时间和范围都存在争议。有学者认为开始时间可以前推到1300年。也有学者认为寒冷的气候主要集中在北半球。

创作于1677年，描述小冰河期冬日场景的画作。（来源：Wikipedia）创作于1677年，描述小冰河期冬日场景的画作。（来源：Wikipedia）
　　而蒙德尔极小期，则是指1645年至1715年太阳黑子数量非常低的一段时间。这个时期是天文学家蒙德尔夫妇通过分析历史资料发现的。在这段时间内，太阳似乎休了一个长假，在本应出现的太阳活动极大期，黑子也没有像正常情况下那样成群结队的出现。

　　太阳黑子数随时间的变化曲线，在蒙德尔极小期太阳黑子几乎消失。

　　由于孟德尔极小期和小冰河期在时间上存在重合，有学者就将地球变冷的原因归结于黑子数目的变化。然而，单纯用时间上的重合来确定因果关系，难免得出谬误。

　　例如，广东地区刚刚经历了台风“山竹”的肆虐，而“山竹”登陆后的第二天，发改委根据国际油价变化情况调整国内成品油价格。如果单纯用时间上的联系推断因果，就会得出“台风山竹导致油价上涨”，显然是无稽之谈。事实上，对于“小冰河期”的成因有多种说法。有人认为是火山喷发的增强导致了小冰河期的出现，因为火山喷出的火山灰能够遮挡太阳赋予地球的光和热。还有人认为是海洋环流的异常导致了小冰河期的出现。

　　确定两种现象间的因果关系，一定要找出他们之间是通过怎样的作用过程而联系在一起的。太阳黑子所代表的太阳活动水平增强或减弱，对于太阳辐射能量的影响仅有约0.1%，这样的辐射能量变化不足以引起地球气候发生明显的改变。

　　目前，对太阳活动影响地球气候的研究仍在进行当中，研究者们提出了一些可能存在的作用途径。例如，当太阳黑子上面的活动区爆发太阳风暴时，高能粒子会引起地球大气中氮氧化物含量的改变，从而使臭氧层的厚度轻微减小。这种效应会在大气层中引起一些列连锁反应，最终引起天气和气候系统的一些变化。但是这类太阳活动对地球气候的间接影响，其程度和范围都尚在探究之中，还没有“太阳黑子一减少，地球就要冷飕飕”这样简单粗暴的结论得出。事实上，第23太阳活动周的黑子数量相比前一活动周出现明显的减少，但全球平均温度依然在徐徐上升。

　　结语

　　太阳黑子之上，一般存在的复杂的磁场结构，是孕育太阳风暴的温床。因此，太阳黑子的多少是太阳活动强弱的标志。当黑子数较多时，太阳将会更加频繁的爆发太阳风暴，给距离地面100公里以上的空间环境造成显著的影响，威胁太空中的航天器安全，也会通过地磁场、电离层的变化将不利影响扩展到供电、通信、导航等各个领域。因此，对于太阳黑子，我们更应该关心它的多少将如何影响太空中的天气——空间天气的变化，而我们人类自身的活动，可能才是目前影响地球气候变化的主要因素。

　　作者单位：哈尔滨工业大学（深圳）来源：中国空间技术研究院

　　9月26日，中国载人航天工程办公室召开了载人航天工程应用成果情况介绍会。载人航天工程空间实验室系统总设计师朱枞鹏介绍了天宫二号空间实验室在轨运行2年的主要成果和之后受控离轨的措施计划。

　　2018年9月15日，由中国空间技术研究院抓总研制的天宫二号空间实验室圆满完成了在轨运行2年的指标，取得了阶段性胜利。

　　截止到2018年9月25日，天宫二号已在轨正常运行738天。目前，天宫二号运行在平均轨道高度400公里左右的近圆轨道，状态设置正确，各项功能正常，各项指标良好，正在按照工程总体的安排，按计划进行压气机寿命试验等拓展试验，并继续配合空间应用系统开展应用试验。

　　5年精心研制，2年在轨运行，天宫二号进一步提升了我国在载人航天技术领域的国际地位，有力推动了我国实施航天强国的建设工作，扩大了中国在世界的影响力，带动了相关科研院校和生产单位的技术进步及经济发展。其主要技术成果体现在以下五个方面：

　　打造了我国第一个真正意义上的空间实验室

　　成功研制了我国首个具备补加功能的载人航天科学实验空间实验室，交会对接期间作为对接目标飞行器、与载人飞船组合体期间作为载人科学实验平台、与货运飞船组合体期间作为推进剂补加平台、自主飞行期间作为空间应用技术实验平台；通过推进剂补加实现飞行器长期在轨飞行。

　　作为我国首个空间实验室，天宫二号突破并掌握了中期驻留载人宜居环境设计技术、推进剂补加、人机协同在轨维修技术等关键技术，实现了交会对接、航天员中期驻留、推进剂补加、组合体控制与管理、航天医学实验、空间科学与应用，以及空间站技术验证多任务融合设计与动态规划。支持开展了诸如冷原子钟等多达14项空间科学应用试验，突出体现了我国空间实验室的综合应用效益。

　　实施了载人中期驻留，全面突破和掌握了中期驻留技术

　　首次系统开展了面向我国航天员在轨中期驻留载人宜居环境设计工作，从提高生活质量、降低工作负荷、改善睡眠环境、丰富娱乐条件等几个方面开展了载人宜居环境设计，在有限的组合体空间内，集成了内部装饰、舱内活动空间规划、视觉环境与照明、废弃物处理、物品管理、无线视频通话等宜居技术，为航天员提供舒适人性化的空间家居环境，使航天员在30天驻留期间，生活和工作舒适惬意、身体健康、精神愉悦。

　　首次实现了我国航天器推进剂在轨补加任务，全面突破和掌握了推进剂在轨补加技术

　　天宫二号与天舟一号配合，首次实现了我国航天器推进剂在轨补加任务，全面突破和掌握了推进剂在轨补加技术，系统解决了一系列技术难题，使推进剂补加系统性能指标处于世界领先水平，对后续空间站阶段的推进剂补加进行了完整验证。

　　首次开展了人机协同的空间精细操作机械臂试验，验证了空间站人机协同在轨维修技术

　　首次实现了我国人机协同在轨维修任务，通过空间精细操作机械臂在轨操控设计、人机协同工作模式设计以及面向可在轨维修操作对象设计，建立了集信息管理、手动控制、遥操作和自主控制一体化的人机协同在轨维修系统，形成典型人机协同体制，为未来空间站仿人型机器人研制积累了技术基础。

　　开展了面向空间站的在轨维修技术试验，验证了空间站在轨可更换单元的维修性技术

　　在天宫二号上搭建基于流体回路维修的验证系统，通过首次系统在线维修，实现对空间站流体回路维修技术、典型产品维修技术、系统维修技术、维修工具验证和维修工效学验证共五方面的验证需求，为后续空间站阶段的在轨维修设计积累了经验。

　　天宫二号空间实验室在轨平稳运行2年后，计划于2019年7月后受控离轨。为了确保天宫二号能安全顺利受控离轨，朱枞鹏总师介绍到，天宫二号设计了多个自主安全控制模式。长管飞行期间，天宫二号推进安全模式、对日定向安全模式、辐射器泄漏自主控制安全模式、能源安全模式均处于使能状态。若在测控区外发生故障，可自主切至安全模式进入相对安全的运行状态，在进入测控区后进行故障处置，保证天宫二号平台安全和受控离轨。为确保延寿天宫二号飞行期间在轨运行安全，快速应对在轨突发事件，还专门制定有在轨故障预案，确保紧急时刻处置及时、准确到位。

　　除了技术成果，天宫二号团队是一支平均年龄30多岁的人才队伍，他们在空间实验室的研制过程中迅速成长起来，成为航天科技战线的一支中坚力量，充实了航天战线的整体科技实力。

　　空间实验室任务的圆满成功，为载人航天工程迈入空间站时代打下了坚实的基础。研究院将牢记习近平总书记“探索浩瀚宇宙，发展航天事业，建设航天强国，是我们不懈追求的航天梦”的教诲，以再创业的心态，切实肩负起空间站、载人飞船、货运飞船、光学舱等多个航天器抓总研制单位的责任，牢牢守住空间站工程任务圆满完成的底线，完成好工程总体交给我们的任务，履行好党和国家赋予我们的使命，为建设航天强国、实现中华民族伟大复兴的中国梦而不懈奋斗！