从远处看， 太阳 可能看起来平静而稳定。但放大来看，我们的恒星实际上处于永恒的变动状态，随着时间的推移，在一个循环往复的周期中，从均匀的火海转变为扭曲等离子体的混乱堆积，然后再变回均匀的火海。
大约每11年左右，太阳的 磁场 就会像一团紧紧缠绕的橡皮筋一样变得混乱，直到最终断裂并完全翻转——将北极变成南极，反之亦然。在这个巨大的逆转到来之前，太阳会增强其活动：喷射出火热的等离子体团，形成行星大小的黑点，并释放出强大的辐射流。
这个活动增强的时期，被称为太阳峰值，对地球来说也是一个潜在的危险时期，地球会受到太阳风暴的轰击，这些风暴可能会扰乱通信，破坏电力基础设施，伤害一些生物（包括宇航员），并导致卫星坠向地球。
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一些科学家认为，下一个太阳峰值可能会比我们想象的更早到来，而且威力更大。
最初，科学家预测当前的太阳周期将在2025年达到顶峰。但是，大量的太阳黑子、太阳风暴和罕见的太阳现象表明，太阳峰值最早可能在今年年底到来——几位专家告诉Live Science，我们对此准备不足。
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是什么导致了太阳周期？
大约每11年，太阳就会从太阳活动的低点（称为太阳低谷）到太阳峰值 再回到低谷。目前尚不清楚太阳周期持续这么长时间的确切原因，但自从第一个恰如其名命名的太阳周期1（发生在1755年至1766年之间）以来，天文学家就注意到了这种模式。根据 美国国家航空航天局的说法，当前的周期，即太阳周期25，于2019年12月正式开始。
那么是什么导致了我们恒星的波动呢？英国伦敦大学学院的太阳物理学家 Alex James告诉Live Science：“这一切都归结于太阳的磁场。”
James说，在太阳低谷期，太阳的磁场是强大而有组织的，具有像普通偶极磁体一样的两个清晰的磁极。他补充说，磁场就像一个“巨大的力场”，将太阳的超热等离子体或电离气体控制在靠近表面的位置，从而抑制太阳活动。
James说，但是磁场会慢慢变得混乱，一些区域比其他区域更具磁性。结果，太阳的磁场逐渐减弱，太阳活动开始增强：等离子体从恒星表面升起，形成巨大的磁化马蹄形结构，称为日冕环，这些日冕环点缀在太阳的低层大气中。当太阳的磁场重新对齐时，这些火热的带状物会突然断裂，释放出明亮的光和辐射，称为 太阳耀斑。有时，耀斑还会带来巨大的、磁化的、快速移动的粒子云，称为 日冕物质抛射 （CME）。
James说，在太阳峰值过后几年，太阳的磁场会“断裂”，然后完全翻转。这标志着一个周期的结束和一个新的太阳低谷的开始。
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为了确定我们所处的太阳周期阶段，研究人员会监测 太阳黑子 ——我们恒星表面上较暗、较冷、呈圆形的斑块，日冕环在那里形成。
James说：“当强磁场穿透太阳表面时，就会出现太阳黑子。通过观察这些太阳黑子，我们可以了解太阳磁场在那个时刻的强度和复杂程度。”
太阳黑子在太阳低谷期几乎完全消失，数量会增加，直到在太阳峰值期达到顶峰，但周期与周期之间存在很大差异。
“每个周期都不同，”James说。
太阳周期25
2019年4月，由美国国家航空航天局（NASA）和国家海洋和大气管理局（NOAA）的数十位科学家组成的太阳周期25预测小组， 发布了其对太阳周期25的预测，表明太阳峰值可能在2025年的某个时候开始，其规模将与太阳周期24的峰值相当，后者在2014年中期至2016年初之间异常晚地达到顶峰，并且与过去的太阳峰值相比相当弱。
但从一开始，预测似乎就偏离了轨道。例如，观测到的太阳黑子数量 远高于预测。
2022年12月，太阳 达到了八年来的太阳黑子峰值。2023年1月，科学家观测到的太阳黑子数量是美国国家航空航天局预测的两倍多（观测到143个，估计为63个），并且在随后的几个月里，数量几乎保持在同样高的水平。总的来说，观测到的太阳黑子数量连续27个月超过了预测数量。
虽然大量的太阳黑子是一个主要的警示信号，但它们并不是太阳峰值可能即将到来的唯一证据。
太阳活动的另一个关键指标是太阳耀斑的数量和强度。根据 SpaceWeatherLive.com的数据，2022年C级和M级太阳耀斑的数量是2021年的五倍，而且最强大的X级太阳耀斑的数量也在逐年增加。2023年上半年记录到的X级耀斑比2022年全年还多，并且至少有一个 直接击中了地球。（太阳耀斑 等级包括A、B、C、M和X，每个等级都比前一个等级强大至少10倍。）
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太阳耀斑也可能带来地磁暴——由太阳风或日冕物质抛射引起的地球磁层的重大扰动。例如，3月24日，一次“隐形”日冕物质抛射在毫无预警的情况下袭击了地球，引发了 六年多来最强烈的地磁暴，这场风暴创造了巨大的极光或北极光，在美国30多个州都可以看到。今年地磁暴数量的总体增加也导致热层——地球大气层的第二高层——的温度 达到20年来的峰值。
罕见的太阳现象在太阳峰值附近也变得越来越普遍——最近几个月就发生了几次。3月9日，一个高达60,000英里（96,560公里）的等离子体瀑布 升起然后又落回太阳；2月2日，一个巨大的极地涡旋或火环， 在太阳的北极周围旋转了8个多小时；3月份，一场“太阳龙卷风”肆虐了三天， 高度超过了14个地球叠起来的高度。
James告诉Live Science，所有这些证据表明，太阳峰值“将比预期更早达到顶峰，并且峰值会更高”。专家告诉Live Science，许多其他太阳物理学家也认同这一观点。
太阳峰值的确切开始时间可能只有在它过去并且太阳活动减弱后才会变得明显。然而，由科罗拉多州国家大气研究中心太阳物理学家兼副主任 Scott McIntosh领导的一个研究小组 预测 太阳峰值可能会在今年晚些时候达到顶峰。
过去的周期表明太阳峰值可能会持续一到两年左右，尽管科学家们不能确定。
对地球的潜在影响
因此，太阳峰值可能比我们预期的更强、更早地到来。这有什么关系呢？
美国国家海洋和大气管理局（NOAA）空间天气预测中心的研究员 Tzu-Wei Fang告诉Live Science，答案主要取决于太阳风暴是否会冲击地球，她没有参与太阳周期25预测小组的工作。为了击中地球，太阳风暴必须在正确的时间指向正确的方向。她补充说，太阳活动的增加使这种情况更有可能发生，但并不能保证地球会遭受更多风暴的袭击。
但Fang说，如果太阳风暴确实来袭，它会电离地球的高层大气，并 导致无线电和卫星中断。阻断地球与卫星连接的大型风暴可能会暂时使地球一半区域的远程无线电和GPS系统瘫痪。她补充说，就其本身而言，这只是一个小小的麻烦，但如果长时间的停电与地震或海啸等重大灾难同时发生，后果可能是灾难性的。
Fang说，强烈的太阳风暴还会产生地面电流，这些电流会损坏金属基础设施，包括较旧的电网和铁路线。
Fang说，飞机乘客在太阳风暴期间也可能受到更高水平辐射的冲击，尽管尚不清楚剂量是否高到足以对健康产生任何影响。然而，对于国际空间站或即将到来的 阿耳忒弥斯登月任务 等航天器上的宇航员来说，这种辐射峰值将更为重要。因此，她补充说，“未来的任务应将太阳周期纳入考虑范围。”
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过去的研究还表明，地磁暴会 扰乱灰鲸以及其他依赖地球磁场线导航的动物（如海龟和一些鸟类）的迁徙，这可能会产生灾难性的后果。
电离的高层大气也会变得更稠密，这可能会给绕地球运行的卫星带来额外的阻力。这种额外的阻力可能会将卫星相互推撞或迫使它们脱离轨道。例如，在2022年2月，SpaceX的40颗星链卫星在发射后的第二天，在一场地磁暴期间坠入地球时， 在地球大气层中烧毁。
Fang说，与过去的太阳周期相比，卫星的数量呈指数级增长。她补充说，大多数卫星由商业公司运营，这些公司很少将空间天气因素纳入卫星设计或发射计划中。
Fang说：“公司希望尽快发射卫星，以确保他们不会延误火箭发射。有时，对他们来说，发射一组卫星并损失一半比根本不发射要好。”她补充说，所有这些都增加了在太阳峰值期间发生重大碰撞或卫星脱轨的风险。
Fang说，像 1859年的卡林顿事件 这样百年一遇的超级风暴发生的几率在太阳峰值期间也会略有增加。她补充说，虽然可能性不大，但这样的风暴可能会造成数万亿美元的损失，并对日常生活产生重大影响。
Fang说，人类在抵御太阳风暴的直接袭击方面几乎无能为力，但我们可以通过改变卫星轨道、停飞飞机和识别脆弱的基础设施来为它们做好准备。她补充说，因此，我们需要更准确的太阳天气预报来帮助我们为最坏的情况做好准备。
为什么预测是错误的？
Scott McIntosh告诉Live Science，如果这么多线索都表明太阳峰值比预测的更强、更早，那么为什么科学家没有预见到呢？部分问题在于预测小组提出预测的方式。
McIntosh说，美国国家航空航天局和国家海洋和大气管理局的模型在过去30年中几乎没有变化，“但科学已经进步了”。他补充说，这些模型使用来自过去太阳周期的数据，如太阳黑子数量和周期长度，但没有充分考虑到每个周期的个体进展。
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McIntosh说：“这有点像玩大型的‘盲人摸象’游戏，‘驴子’是即将到来的太阳峰值，而预测小组因为没有使用所有可用的方法而蒙住了自己的眼睛。”
McIntosh及其同事提出了一种预测即将到来的太阳峰值强度的替代方法：所谓的“太阳终结者”，它发生在每个太阳低谷期结束时，在太阳磁场已经翻转之后。
在太阳低谷期，太阳磁场翻转后遗留下来的局部磁场包围着太阳的赤道。这种局部磁场阻止了太阳的主磁场变得更强和缠绕在一起，这意味着局部磁场本质上就像一个手刹，阻止太阳活动增加。
但是突然，毫无预警地，这个局部磁场消失了，释放了刹车，使太阳活动能够增强。这种剧烈的变化就是该团队所谓的太阳周期终止事件，或终结者。（由于太阳终结者发生在太阳低谷期结束的确切时刻，因此它们发生在每个太阳周期正式开始之后。）
回顾几个世纪的数据，该团队确定了在太阳峰值开始之前发生的14个独立的太阳终结者。研究人员注意到，这些终结者的发生时间与随后的太阳峰值的强度相关。（早期的数据稀少，因此该团队无法在每个周期中都识别出太阳终结者。）
例如，太阳周期24开始时的终结者发生的时间比预期的要晚，这导致太阳周期24期间的磁场增长较少，从而导致太阳峰值较弱。但是太阳周期25开始时的终结者， 发生在2021年12月13日，比预期的要早，研究人员认为这是一个迹象，表明太阳峰值将比前一个更强。自2021年终结者以来，太阳活动一直在以比预期更快的速度增强。
McIntosh说，太阳周期25的进展方式表明，太阳终结者可能是预测未来太阳周期的最佳方法。2022年7月，美国国家航空航天局 承认了McIntosh及其同事所做的工作，并指出太阳活动似乎比预期的更早开始增强。
McIntosh预测，尽管如此，美国国家航空航天局尚未根据McIntosh的数据更新其2025年的预测，并且可能不会将终结者纳入未来的预测中。“我认为他们只会坚持他们的模型。”
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