广为承受的观念以为，太阳是一颗普一般通的恒星。但地理学家们却一向没有找到它真实的孪生兄弟。
你很好，我很好。但太阳呢？它好像正陷于中年危机。
就像垂暮的爸爸妈妈依然会为成年的子女忧虑相同，太阳物理学家也有必要不断地调整自己的理论模型来解说咱们已界中年的太阳有时会让人模糊的行为。大大都研讨太阳的地理学家会自傲地告知你，咱们的太阳极为一般。可是，接下去他们又会说，咱们的太阳是仅有而共同的。
在日冕物质抛射进程中，太阳会向外喷射出10亿吨的气体。这一迸发发生在2002年1月8日，接近第23太阳活动周的峰值。| 图片来历：SOHO/NASA/ESA
这些地理学家不断在寻觅的一些问题是：作为一颗光谱型为G2型的恒星，太阳终究有多一般？太阳和生命之间是不是有必定的联络？或许，生命在太阳旁的地球上来历和演化是不是纯属巧合？假如太阳是一般的，那么在咱们银河系里的数千亿颗恒星中太阳的孪生兄弟又在何方？
几十年来，地理学家们一向在寻觅和中年的太阳在化学和天体物理特性上彻底匹配的孪生兄弟。依据界说，“类太阳恒星”是一颗年纪恣意的、光谱型为G型的恒星。而比较之下，“太阳孪生兄弟”则还要求这颗恒星的年纪要和太阳的相仿。别的，它的质量、化学成分和温度也有必要要和太阳的简直彻底相同。
眼前的黑子
真实的类太阳恒星将能够供给一个比较的基准，协助地理学家精细地调整他们现在的太阳模型。但在那之前，咱们了解太阳的途径很大程度上仍依赖于围绕在太阳黑子四周的磁场。
在曩昔100年里，地理学家们共观测到了4～5万个太阳黑子。它们的数量会以大约11年为周期稳定地上升、下降。可是，最近的这个太阳黑子周期——第24太阳活动周——开端的时刻却简直晚了1年。在2009年6月和7月，总算有一些较弱的太阳黑子活动呈现在了日面上。而在2008年，更是有超越260天的时刻太阳上不见了黑子的踪迹。
2003年10月28日呈现在太阳外表的黑子群，其时第23太阳活动周依然适当活泼。| 图片来历：SOHO/NASA/ESA
“在2008年和2009年的大部分时刻里太阳犹如死寂了一般，”从1986年就开端进行太阳观测的美国圣费尔南多地理台台长加里·查普曼（Gary Chapman）说，“一个典型的太阳黑子有地球的2或3倍大。现在咱们在1个月里只能看到1或2个比地球还小的小黑子。而在一般的太阳活动极大期中，随意哪一天你都能看到十几个黑子。”
太阳黑子的记载能够追溯到公元前4世纪。但在1610年，当黑子运动穿过太阳外表的时分，伽利略对它们进行了详尽的观测。在这之后大约30年太阳进入了一个被称为“蒙德极小期”的阶段，在此期间太阳黑子简直都消失了，从1645年到1715年这个太阳活动的极弱期继续了70年。
欧洲的酷寒
艺术史的学生大多都十分了解文艺复兴后期一系列描绘不寻常严冬的荷兰绘画著作。从1500年到1850年，一个小冰期席卷国际的许多当地，但事实证明它对北欧的影响特别激烈。凉快的夏日和反常冰冷的冬季成了粗茶淡饭。严冬使得在封冻的伦敦泰晤士河上举行的冰雪节一向继续举行到了1814年。
除了从1645年1715年长达70年的蒙德极小期之外，北欧还受到了别的两个太阳极小期的影响：大约从1415年到1510年的施珀雷尔极小期和大约从1795年到1820年的多尔顿极小期。
一些科学家以为火山灰或许引发了小冰期，随后蒙德极小期扩展了它的作用。小冰期开端的时刻其实早于蒙德极小期，并贯穿一向。
与一些报导相反，这一太阳的不活泼期其实被很好地记载下来了。仅巴黎地理台的地理学家在1660年至1719年就进行了约8,000次观测。1887年，德国地理学家古斯塔夫·施珀雷尔在整理了1672年到1699年间的太阳黑子记载之后发现，黑子数只要不到50个。
这不由让人猜想大太阳极小会怎么影响咱们现在的气候。可是，假如蒙德极小再次呈现，咱们或许会阅历降温现象。不过，科学家关于大极小期的具体影响依然持有争议。不同的定见首要会集在地球大气层会怎么扩展太阳的这些改动。
这一起也说明晰太阳物理学和气候学之间的脱节。太阳物理学家和气候学家需求一起来研讨太阳活动对地球气候的影响。
在伽利略之后两个世纪，德国地理爱好者海因里希·施瓦贝（Heinrich Schwabe）在长时刻寻觅水内行星的进程中做出了一个惊人的发现。施瓦贝发现他所观测到的太阳黑子好像每隔十年就会呈现一个顶峰。出于不甚明晰的前史原因，地理学家把在1760年到达顶峰的太阳周期定为“第1太阳活动周”。
从那时起，地理学家共目击了23个太阳活动周。“2007年3月，我曾预言第24太阳活动周会至少推延1年，”也于1986年开端对太阳进行观测的、美国加州大学洛杉矶分校的太阳物理学家荣格·乌尔里希（Roger Ulrich）说，“这个太阳极小现已超越了1905年的。蒙德极小期的完毕是最近一次咱们看到这么长的一个太阳活动周。不过我觉得，太阳活动的上升正在到来。”
这个反常绵长的太阳极小也提出了一个问题：太阳物理学家是否真的了解太阳内部的作业？“假如你不忧虑磁场，咱们忧虑，”乌尔里希说，“它们正是问题的结症地点。”
2010年2月2日太阳外表上仅仅点缀着一个小黑子。现在的这个太阳活动周（第24个）发动的时刻比平常的晚，并且至今仍未大幅增强。| 图片来历：SOHO/NASA/ESA
太阳物理学家知道太阳磁场源自太阳的内部。等离子体的活动会发生电流，这便是太阳的发电机。进一步地，电流又会发生磁场。
在这个进程中，这些磁场会集合并歪曲。这些被歪曲的磁场会阻断气体的对流和能量输运。所以，在磁场突破太阳外表（也便是光球层）的当地，温度会比周围的低1,500℃。这些区域辐射出的能量较少，因而看上去较暗——也便是咱们看到的太阳黑子。
“依据发电机理论，”乌尔里希说，“太阳会发生环形磁场，而环形磁场又会发生太阳黑子。环形磁场就像一个绑在太阳身上的大橡胶带。它的扭结就会构成太阳黑子对。”
但这并不是发生在太阳外表之下的悉数。被称为改动振动的东－西急流会慢慢地从太阳中纬度区域向赤道和南北极搬迁。
一般来说，它们的搬迁进程会需求17年的时刻。但在2009年，美国国家太阳地理台（NSO）的太阳物理学家雷切尔·豪（Rachel Howe）和弗兰克·希尔（Frank Hill）发现，最近这一个太阳活动周中的搬迁现已放缓。“和从前的太阳活动周比较，现在急流向赤道运动的速度较慢，”希尔说，“所需的额定时刻和太阳极小期的延伸适当。咱们以为这两者是相关的。”
新的蒙德极小？
是否是急流形成了太阳极小的延伸现在仍有争议。即便如此，NSO的副台长、恒星地理学家马克·贾姆帕帕（Mark Giampapa）以为咱们或许正在进入一个长时刻的蒙德型极小期或许所谓的大太阳极小期。他是最早提出这一观念的太阳物理学家之一。
“我的直觉是，咱们正在进入下一蒙德极小期，”贾姆帕帕说，“自1980年代以来的太阳黑子观测数据显现，太阳黑子的均匀磁场强度存在一个长时刻下降的趋势。”这些改动会经过某种方法影响地球吗？贾姆帕帕指出，终究全球均匀气温从1998年的极大以来一向在下降。
希尔并不以为咱们正在进入蒙德极小期，但他以为太阳对流区底部的随机发电机运动或许导致了这样一个长极小期。
差不多和伽利略一起，克里斯托夫·沙伊纳（Christoph Scheiner）从1611年起开端观测太阳黑子。他们都描绘了黑子穿过太阳外表的进程。| 图片来历：Linda Hall Library of Science, Engineering, and Technology
即便咱们正面临着一个延伸的极小期，希尔也并不以为它会对地球发生严重的影响。“我猜想一个大极小期对全球温度的改动最多也只要1℃，”他说。可是一些科学家以为，地球自身的气候机制能够经过太阳物理学家和气象学家现在尚不彻底了解的方法来扩展任何的温度改动。
英国利兹大学的运用数学家史蒂夫·托比亚斯（Steve Tobias）以为，“较差自转”——即在太阳不同纬度和深度，太阳大气的旋转速度各不相同——会发生环形磁场，由此导致太阳黑子的构成。较差自转的改动或许反过来会削弱太阳发电机。托比亚斯说，这或许会使得太阳活泼区无法构成，改动太阳发电机，导致太阳阅历一个蒙德型极小期。
守望群星
不管是什么原因导致了这些事情，贾姆帕帕说他在一些类太阳恒星上也看到了蒙德型极小的开始依据。他和他的意大利搭档研讨了巨蟹座中间隔地球2,700光年的分散星团M67。他说，假如科学家证明晰这一趋势，这表明大极小期会占有类太阳恒星10%～15%的时刻。
“毫无疑问，在曩昔的1万年里太阳现已阅历过了屡次蒙德型极小期，”瑞士联邦水科学和技能研讨所的物理学家于尔格·贝尔（Jürg Beer）说。他的研讨小组运用极地冰芯和树木年轮中的放射性元素铍-10和碳-14重建出了曩昔1万年的太阳活动前史。“极小期自身并不没有表现出显着的周期性。但它们之间好像会间隔大约200年。”
可是驱动着太阳短期活动乃至是大极小期的太阳磁场现在却是个难题。这便是为什么观测和理论地理学家都期望能把太阳和类太阳恒星进行比较。迄今为止，科学家只发现了十几颗可供比较的恒星。这儿的难点并不在于找到化学组成相匹配的恒星，这些恒星事实上适当遍及。问题在于地理学家还要求这些恒星具有和太阳相仿的年纪、质量以及磁场循环周期。
一个太阳黑子群或许包含了几十个黑子。每个黑子一般都包含了一个被称为“本影”的黑色中心区域，那里的温度较周围的光球层低了大约1,500℃。它外围的淡色区域则被称为“半影”。| 图片来历：Royal Swedish Academy of Sciences
地球的近邻之一半人马αA是一颗类太阳恒星。它归于一个三星体系，间隔咱们只要4.36光年。可是，据估量它的年纪大约为60亿年，比太阳大了15亿。
可是，半人马αA仅仅是其间一颗。运用欧洲南边地理台坐落智利的甚大望远镜，贾姆帕帕的研讨小组正在研讨M67中的15颗类太阳恒星。因为M67中的恒星具有和太阳简直相同的化学组成和年纪（约35～48亿年），因而它为寻觅类太阳恒星供给了一个共同的实验室。贾姆帕帕说，经过6年的观测，他们所观测的这些恒星没有一个具有6年以下的活动周期。
“咱们的确看到了一些亮度改动，这说明太阳或许比大大都恒星都更平缓，”贾姆帕帕说，“但M67中类太阳恒星的活动周期或许和咱们的太阳极为相似。”
平缓的太阳或许并不是坏事。“咱们现在简直穷途末路了，”美国宾夕法尼亚州维拉诺瓦大学的地理学家爱德华·吉南（Edward Gui an）说。这是因为，即便现在太阳仅仅处于其100亿年氢焚烧寿数的一半处，但它的光度或许在未来的5亿年之内就会上升到让地球变得无法寓居的境地。
更好的栖息地？
因为其相对较短的寿数，太阳或许并不是承载生命的最佳恒星人选。吉南说，光谱型为K型的恒星也许才是更好的栖息地。这些恒星具有太阳80%的质量，较低的温度也使得它们能够稳定地焚烧氢更长的时刻。K型星具有固定的宜居带，坐落宜居带中的行星外表或许会具有液态水。从理论上讲，才智生命能够在那里生计400～500亿年。
关于温度更低的M型恒星，它们占有了银河系中恒星的大约75%。尽管M型星能够存在很长一段时刻，但它们所宣布的辐射很弱。它们的宜居带十分接近恒星，其间的任何行星都会被潮汐确定，一向只要一面冲着恒星，而另一面则堕入无尽的漆黑。
高温气领会沿着太阳外表上方呈弧形的磁力线运动。基本上一切的太阳活动都源自于太阳外表之下、之内和之上的磁场。|图片来历：TRACE/NASA/GSFC
此外，K和M型星也有一个缺陷。这两种类恒星有着比太阳更高效的发电机，因而会释放出更多的磁能。乌尔里希说，强磁场比较没有磁场而言愈加危险。他指出，有材料记载以来太阳最强的带电粒子喷射，即日冕物质抛射，发生在1859年的太阳超级风暴暴虐期间。“其时的极光亮堂到使得在美国科罗拉多州野营的人们纷繁从睡梦中醒来，把它当成了是拂晓的曙光，”乌尔里希说，“一起一切的电报设备都冒出了火花。”
这些非比寻常的事情都表明晰咱们的太阳能够是多么的浮躁。这一起也令人遥想，太阳的演化及其常常崎岖的活动周期是否正常？
为了答复这个问题，地理学家需求勘探太阳和其他恒星的内部。经过丈量从太阳宣布的声波，日震学正在研讨太阳的内部结构和动力学。到现在为止，最好的观测成果都来自太阳全球振动监测网（GONG）。
日震学经过丈量太阳内部发生的声波来勘探太阳的结构和动力学。在这张计算机生成的图片中，上升和下沉的气体分别用蓝色和赤色表明。| 图片来历：NSO/AURA/NSF
GONG的星震学版——恒星振动监测网（SONG）——方案研讨近距亮堂恒星中的类太阳振动。这个由丹麦领导的国际合作将联合5大洲的8架新望远镜。
这个监测网络能够进行掩盖全天24小时的观测。科学家期望，SONG的原型机将会在2011年头投入运用。贾姆帕帕说，相似SONG这样的全球监测网将协助地理学家承认类太阳恒星是否也具有和太阳相似的活动周期以及蒙德型极小期。
寻觅太阳的孪生兄弟
与此一起，葡萄牙波尔图大学的地理学家豪尔赫·梅伦德斯（Jorge Meléndez）正领导着一个国际合作小组在寻觅太阳的孪生兄弟。“我的小组现已研讨了整个依巴谷星表中约75%的类太阳恒星，”梅伦德斯说，“奇怪的是，咱们发现太阳的化学组成其实有别于大大都的太阳孪生兄弟。”
天龙座中暗弱的恒星HIP 56948是地理学家已发现的最接近太阳的恒星。
其部分原因是由太阳短少难熔元素所形成的。这些短少的元素或许构成了尘土，然后被星子吸积并终究构成了水星、金星、地球和火星这4颗类地行星。梅伦德斯指出，估量有15%的恒星好像具有和太阳相似的化学组成，这一起也提高了这些恒星具有类地行星的或许性。
迄今为止，梅伦德斯的小组所发现的最接近太阳的恒星是暗弱的HIP 56948。这颗9等星坐落天龙座，间隔地球约217光年。
美国宇航局的开普勒使命还会为太阳孪生兄弟的查找供给星震学方面的信息。在为期4年的时刻里，“开普勒”会监督100平方度的天区中的10万颗恒星。它所带着的仪器十分活络，能够勘探到从恒星外表穿过的黑子。
分散星团M67至少具有15颗类太阳恒星，它们有着和太阳相似的质量、年纪以及组成。观测显现，这些类太阳恒星的活动周期都大于6年。| 图片来历：Xanadu Observatory。
美国高山地理台的地理学家特拉维斯·梅特卡夫（Travis Metcalfe）估计，在“开普勒”的作业寿数中它至少会发现100颗类太阳恒星。不过，他也着重，具体了解太阳的关键是扩展对其他恒星的研讨。“一向存在这样一个危险，那便是假如咱们十分细心地研讨太阳，那么咱们就只会依照太阳来调整咱们的模型，”梅特卡夫说，“但相同的模型也应该适用于其他恒星。”
在“开普勒”使命完毕之时，科学家应该能部分地处理一个长时刻的问题，即太阳终究是不是绝无仅有的或许太阳终究有哪些特性是遍及共有的。在这个进程中，地理学家或许会发现一个太阳的孪生兄弟，而在它的周围也许还围绕着宜居的类地行星。
排版：Ruiying
题图来历：Royal Swedish Academy of Sciences
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