太阳活动的变化看来正影响我们的天气。这种影响表现为新近确定的、与“小冰期”的出现有关的200年周期。其证据在第一届英国皇家协会和法国科学院的联席会议上进行了仔细审查。

大约从1700年起,西方的天文学家一般通过测量太阳黑子数来记录太阳的活动。这些记录表明太阳活动的周期约为11年,即众所周知的太阳黑子周期。但是除此之外,17世纪有限的观测进明当时太阳黑子的活动在很长的时间内大为减弱。

太阳活动不同时期变化的记录以碳放射性原子C14的形式保存在树木之中。它比天文学家收集的记录长得多,C14是大气中宇宙射线和N14原子相互作用的产物。有些碳放射性原子变成二氧化碳的一部分而被树木在光合作用过程中所吸收了,并保存在树木年轮的纤维中。由于C14的半衰期也是已知的,因此这些年轮提供了每年C14在大气中产生数量的记录。

年轮学家按这种方式建立了上溯9000年的记录,它可以准确地描述太阳活动在几十年乃至数百年的时间尺度上的变化。

太阳通过改变进入地球大气中的宇宙射线的数量而影响C14产生的数量。当太阳比平常更活跃时,由太阳粒子组成的太阳风穿过太阳系阻挡了宇宙射线的进入,从而使大气中形成的C14较少。

在过去两个多世纪对太阳黑子的直接观测证实C14记录的变化确实反映了太阳活动的变化。

亚利桑那大学的查理 · 苏耐特(Charles Sonett)在这次会议上说:漫长的C14记录主要表现为大约200年长的周期活动。还有与2300年的律动和刚好低于1000年的律动以及长达80 ~ 90年和11年的周期一致的变化。这两个较短的周期从天文记录亦可看出来。

苏耐特的发现对气候学家具有的特殊意义是:太阳活动在17世纪的宁静阶段与小冰期(当时地球在漫长的“寒冷期”控制之下)是一致的、此外,还有过去1000年里其他冰期出现的证据。

从年轮宽度的分析中也发现同样有200年周期。每隔两个世纪一般有几十年年轮比较窄,这说明树木处于某种紧张状态。这种窄年轮型恰好在年轮中的C14达到200年周期的高峰前几十年重现。

所有这些证据强有力地说明了当宇宙射线较容易进入大气时,太阳活动的变化首先使得地球变冷进入小冰期。然后导致大气中的C14增多。

中国在这方面所做的研究方式与众不同。南京紫金山天文台的徐镇涛(音译)在英国皇家协会的会议上陈述了有关中国古代太阳现象如太阳黑子的历史记录的分析。这些记录表明在2000多年里太阳活动存在21 0年的周期。

在奥尔塞(Orsay)的法国研究人员在分析从南极钻探得到的古老冰块时发现生命期长的微以放射性元素铍Be10具有194年周期的变化。大气中的宇宙射线亦产生Be10,它降落到地表上而没有被活着的生物所吸收。

从所有这些证据来看,预测未来太阳活动的状况是可行的,因而也能预测未来温度的变化趋势。我们现在正处于年周期特别有趣的阶段。在世纪末,地球悄悄地进入小冰期最寒冷的几十年,太阳当时处于低潮。到了18世纪90年代,太阳活动达到离峰,其后是三个活动很弱的周期。在19世纪初30年出现暂时回冷现象。

现在,太阳活动正向着高峰发展,据预测在1989年底来临。但是19世纪初的情形会在21世纪初重演吗?

小冰期的归来或许能使我们免受因温室效应引起的增温灾难。在这次会议上来自东安格利亚(East Anglia)大学的汤姆 · 威利(Tom Wigley)使得这个天真的希望破灭了,他报告了与同事米克 · 凯利(Mick Kelly)所做的研究,并指出由于地球海洋和大气时能量输入的变化感应缓慢,因此更有可能起作用的足200年周期而不是11年周期。此外,由于温室效应引起的增温(据预测在今后50年内升高3°C)可能抵消了因太阳活动引起的任何降温。

介于小冰期内和小冰期外的全球温度的变化幅度为0.5°C至1°C。在过去一个世纪全球已增温0.5°C。威利和凯利根据气候模型计算了在如此短的时间内引起这样的变化需要太阳能的输出亦产生0.4% ~ 1.4%的变动。

在伦敦召开的这次会议上天体物理学家对这种看法表示怀疑。他们不信太阳的输出在一个世纪内变动如此大,虽然卫星探测器已证明在太阳11年周期上存在0.1%的变化。

那么还有其他的解释吗?过去习惯上认为:一系列火山的爆发扬起尘埃,使之进入大气高空,可能导致地球周围形成一层“云幕”,从而阻挡了太阳热能的进入,并使到地球变冷。然而,威利的计算机模型表明,产生一个小冰期需要20个像一个世纪前发生的喀拉喀托(Krakatoa)火山那样大的火山爆发,而且每隔5年喷发一个。

太阳黑子的11年周期作为全球天气的指示器可能没有太大的实用价值,然而200年周期则有用得多,主要是因为它能告诉我们在21世纪所面临的情况。

虽然天体物理学家不愿意,他们现在却不得不考虑这样的变化可能按什么样的方式产生。对恒星如何运行的深入理解或许就得自于对地球天气型的研究。这是很有可能的。

[New Scientist,1989年3月25日]