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太阳物理学家深入观察太阳翻腾的等离子体，发现了一种预测太阳黑子出现的方法，可以在它们到达太阳表面之前进行预报。
太阳黑子是标记磁场活跃区域的暗斑，这些区域通常是太阳耀斑和被称为日冕物质抛射的剧烈爆发的源头。缩短太阳黑子探测的提前时间将有助于更好地预报空间天气——来自太阳的辐射和带电粒子爆发，可能会对地球及其周围环境造成实际问题。恶劣的空间天气可能会损坏电网，危及卫星和飞机，并对轨道上的宇航员构成辐射威胁。
一组斯坦福大学的研究人员发现，他们可以识别出在约60,000公里深度形成的太阳黑子的特征，这比太阳黑子在表面爆发早整整一两天。研究人员在8月19日出版的《科学》杂志上报告了他们的发现。
斯坦福大学研究生斯塔西斯·伊洛尼迪斯说：“这是我们第一次在太阳黑子出现在太阳圆面之前就探测到它们。”他与物理学家赵军伟和亚历山大·科索维切夫共同撰写了这项新研究。
伊洛尼迪斯和他的同事使用一种名为日震学时距分析法的方法，探测了太阳的内部运作机制。研究人员利用来自绕太阳运行的SOHO探测器的存档数据，测量了声波从太阳表面一点传播到另一点（距离约10万至20万公里）所需的时间，沿着穿过太阳内部的折射或弯曲路径传播。在即将出现太阳黑子的四个位置，声波以异常的速度返回太阳表面——比正常速度快十几秒以上。“在这些距离上，[穿过太阳内部的]传播时间约为一小时，”伊洛尼迪斯说。“如果这些路径中的一条上有太阳黑子区域，传播时间会稍微缩短。” 新出现的太阳黑子区域似乎提高了局部声速，从而加速了穿过太阳内部该部分的声波的折射返回。
研究人员还绘制了穿过太阳九个平静区域的声波图，这些区域没有太阳黑子形成，并且在声波的传播时间上没有发现明显的异常。通过寻找以异常速度传播的声波，未来的太阳物理学家可能能够预测太阳黑子将在哪里出现，并为地球提供更长时间提前量的预报。
但伊洛尼迪斯承认，还需要更多的研究来测试这种新方法的预测能力。“我们未来需要做的是进行更多的统计，观察更多的区域——包括有太阳黑子的区域和没有太阳黑子的区域——并检查统计数据，看我们是否有误报或漏报，”他说。“我们需要找出我们这项技术的成功率是多少。”
来自深处的太阳黑子的强烈信号突显了人们对太阳内部结构的了解是多么不足。新出现的太阳黑子加速声波的速度远远超出预期；最近的一项分析曾预测，太阳黑子区域只会将声波的到达时间提前大约一秒钟。但伊洛尼迪斯和他的同事发现，穿过太阳黑子区域的声波的异常现象为12到16秒。“这是一个很大的惊喜，因为它比我们从当前理论模型中预期的要高得多，”他说。
更重要的是，研究人员为他们的探测发现了一个“最佳点”，即太阳黑子信号最强的深度。但为什么新出现的太阳黑子应该在一个深度清晰地显示出来，而在其他深度则不然，这是一个谜。“我们可以在60,000公里的深度探测到太阳黑子，但如果我们尝试在更深或更靠近表面的地方探测它们，传播时间的变化就会减弱，”伊洛尼迪斯说。“我们不明白为什么只有在特定的深度，太阳黑子的探测才更容易。”
同在斯坦福大学的太阳物理学家菲利普·谢勒指出，关于太阳黑子如何出现的理论模型在描述表面太阳活动方面相对成功，但在深处却远没有那么符合实际。“因此，更深处发生了什么，发电机是如何真正从自转、对流和现有磁场的相互作用中产生的，这还没有真正被理解，”他说。“对于所有这些事情，你可以调整一个模型并使其在一段时间内工作，但一些基本原理仍然缺失。”
无论是否有理论解释，这项新发现可能很快就会为航空公司、卫星运营商和其他空间天气观察者提供即将到来的太阳活动的提前预警。“这可能会帮助我们更好地预测太阳将要发生的事情，”谢勒说。“到目前为止，我们一直等到看到磁场爆发才采取行动。”