亥姆霍兹德累斯顿-罗森多夫中心 (HZDR) 和拉脱维亚大学的研究人员首次提出了太阳各种活动周期的全面物理解释。该解释认为太阳上的涡流，即罗斯贝波，是金星、地球和木星的潮汐影响与太阳磁活动之间的介质。因此，研究人员提出了一个适用于不同长度太阳周期的一致模型，并为之前备受争议的行星假说提供了另一个强有力的论据。该结果现已发表在《太阳物理学》杂志上( DOI: 10.1007/s11207-024-02295-x)。
尽管太阳离我们很近，是研究最深入的恒星，但关于其物理的许多问题尚未完全得到解答。其中包括太阳活动的节律性波动。其中最著名的就是，平均每 11 年太阳会达到一个辐射最大值——专家们称之为施瓦贝周期。这个活动周期的出现是因为太阳磁场在此期间发生变化，并最终发生极性逆转。这对于恒星来说并不罕见——如果不是施瓦贝周期非常稳定的话。施瓦贝周期之外还有
其他不太明显的活动波动，持续时间从几百天到几百年不等，每个波动都以其发现者的名字命名。尽管已经有人尝试过各种方法来解释这些周期，并进行过数学计算，但仍然没有全面的物理模型。
行星定下基调
多年来，HZDR 流体动力学研究所的 Frank Stefani 博士一直是“行星假说”的倡导者，因为很明显行星的引力对太阳会产生潮汐效应，类似于月球对地球的影响。这种效应每 11.07 年最强一次：每当金星、地球和木星三颗行星与太阳排成一条特别明显的线时，就像新月或满月时地球上的大潮一样。这与施瓦布周期明显相吻合。
太阳磁场是由太阳内部导电等离子体的复杂运动形成的。“你可以把它想象成一个巨大的发电机。虽然这个太阳发电机本身产生了大约 11 年的活动周期，但我们认为行星的影响会干预这个发电机的运转，反复给它一点推动，从而迫使太阳产生异常稳定的 11.07 年节律，”斯蒂芬尼解释说。
几年前，他和同事在现有的观测数据中发现了此类计时过程的强有力证据。他们还能够仅使用数学方法将各种太阳周期与行星运动关联起来。然而，起初这种相关性无法从物理上得到充分解释。
太阳上的罗斯贝波充当中介
“我们现在找到了潜在的物理机制。我们知道同步发电机需要多少能量，并且我们知道这种能量可以通过所谓的罗斯贝波传输给太阳。最棒的是，我们现在不仅可以解释施瓦贝周期和较长的太阳周期，还可以解释我们以前从未考虑过的较短的里格尔周期，”斯蒂芬尼说。
罗斯贝波是太阳上的涡旋状电流，类似于地球大气中控制高压和低压系统的大规模波动。研究人员计算得出，金星、地球和木星这三颗行星中各有两个大潮时的潮汐力，恰好具有激活罗斯贝波的正确特性——这一发现带来了许多后果：首先，这些罗斯贝波的速度足够高，可以为太阳发电机提供必要的动力;其次，这种情况每 118、193 和 299 天发生一次，与在太阳上观测到的里格尔周期一致。第三，所有其他太阳周期都可以在此基础上计算出来。
一个模型就能解释所有周期
这就是数学的作用所在：三个短里格尔周期的叠加会自动产生显著的 11.07 年的施瓦布周期。该模型甚至可以预测太阳的长期波动，因为根据施瓦布周期，太阳绕太阳系重心的运动会引起所谓的 193 年的跳动周期。这对应于另一个已观察到的周期，即苏斯-德弗里斯周期的数量级。
在此背景下，研究人员发现，计算出的 193 年周期与气候数据的周期性波动之间存在令人印象深刻的相关性。这是行星假说的另一个有力论据，因为“如果没有施瓦布周期的相位稳定性，很难解释 193 年的苏斯-德弗里斯峰，而施瓦布周期只存在于计时过程中，”Stefani 估计。
这是否意味着太阳是否遵循行星节拍的问题终于得到了解答?Stefani 说：“当我们拥有更多数据时，我们可能只有 100% 确定。但现在支持行星计时过程的论据非常强大。”