[论文解读] Are Uranus & Neptune responsible for Solar Grand Minima and Solar Cycle Modulation?

Geoff Sharp|arXiv (Cornell University)|May 28, 2010

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 8被引用 7

一句话总结

本文提出，海王星与天王星通过太阳系内周期性的角动量（AM）扰动，驱动太阳周期调制与大空最小期。通过分析JPL DE405星历表数据，识别出与天王星-海王星合相相关的172年周期，该周期与历史上的太阳活动减弱现象具有强烈相关性，预测太阳活动第24和25周期将出现太阳黑子活动减少，类似于道尔顿极小期。

ABSTRACT

Detailed solar Angular Momentum (AM) graphs produced from the Jet Propulsion Laboratory (JPL) DE405 ephemeris display cyclic perturbations that show a very strong correlation with prior solar activity slowdowns. These same AM perturbations also occur simultaneously with known solar path changes about the Solar System Barycentre (SSB). The AM perturbations can be measured and quantified allowing analysis of past solar cycle modulations along with the 11,500 year solar proxy records (14C & 10Be). The detailed AM information also displays a recurring wave of modulation that aligns very closely with the observed sunspot record since 1650. The AM perturbation and modulation is a direct product of the outer gas giants (Uranus & Neptune). This information gives the opportunity to predict future grand minima along with normal solar cycle strength with some confidence. A proposed mechanical link between solar activity and planetary influence via a discrepancy found in solar/planet AM along with current AM perturbations indicate solar cycle 24 & 25 will be heavily reduced in sunspot activity resembling a similar pattern to solar cycles 5 & 6 during the Dalton Minimum (1790-1830).

研究动机与目标

• 探究天王星与海王星是否通过角动量（AM）扰动导致太阳大空最小期及周期调制。
• 利用JPL DE405星历表数据，量化行星角动量变化与历史太阳活动减弱之间的关系。
• 基于行星构型与角动量偏差，建立未来太阳周期强度的预测模型。
• 探讨行星引力影响与太阳发电机调制之间通过自转-轨道耦合的机械联系。

提出的方法

• 利用JPL DE405星历表数据，计算太阳与行星在质心惯性系中的角动量（AM）。
• 将行星角动量从日心坐标系转换为质心惯性坐标系，以实现与太阳角动量的直接比较。
• 通过测量太阳角动量相对于行星角动量的偏差，识别角动量扰动（AMPs），尤其关注天王星-海王星合相期间的情况。
• 根据行星构型与扰动形态，将AMP事件分类为A型（强，负的土星角）和B型（弱，正的土星角）。
• 将AMP事件的时间与幅度与历史太阳黑子记录及太阳代理数据（14C、10Be）进行相关性分析，以验证预测结果。
• 应用威尔逊检验与普通太阳黑子计数法评估太阳周期强度，并预测未来活动水平。

实验结果

研究问题

• RQ1 天王星与海王星是否产生与太阳大空最小期相关的周期性角动量扰动？
• RQ2 是否存在一个与天王星与海王星会合周期相关的、稳定的172年太阳活动调制周期？
• RQ3 太阳与行星轨道角动量之间的差异是否可解释太阳发电机活动的变化？
• RQ4 A型与B型AMP事件是否对应不同强度的太阳周期减弱？
• RQ5 AMP模式能否用于预测未来太阳周期强度与大空最小期？

主要发现

• 天王星-海王星合相对应的172年角动量扰动与历史太阳活动减弱现象（包括小冰期与道尔顿极小期）存在显著相关性。
• A型AMP事件（以高正值土星角为特征）与最强烈的太阳大空最小期（如斯波勒极小期与小冰期）相吻合。
• 由于当前周期组中出现低振幅AMP事件，预测太阳活动第24和25周期将较弱，使用普通太阳黑子计数法得出太阳黑子数将低于50。
• 当前172年周期组中缺少第三个AMP事件，表明第26周期期间太阳活动可能有适度恢复。
• 当太阳与行星角动量被转换至同一惯性系后，行星角动量保持恒定至六位有效数字，提示自转-轨道耦合可能调制太阳自转。
• 未来预测显示，在未来1000年内不会出现深层大空最小期，表明未来可预见时期内太阳活动将保持稳定。