太阳的黑子

太阳的黑子

　

　　用望远镜观测太阳时，我们常常能看到它的表面有一些黑色的斑点——我们称为黑子。这些黑子都随着太阳自转，也就是利用了这些黑子才更容易定出它的自转周期——在圆面中央出现的黑子在６天以后就会移到西部边上，然后从那儿消失不见；约在两星期以后，如这黑子仍旧存在，它又会在东面边上出现。

　

　　黑子的大小有很大的差别，从最好的望远镜中才看得见的微点一直到通过涂黑的玻璃就能用肉眼观测到的大块都有。它们平常都成群出现，有时虽看不见单粒黑子，而它们的集团却可以为肉眼看见。单个黑子有的直径达８万千米，最大的一群黑子竟遮住了太阳表面圆盘的１／６。

　

　　一群黑子发展下去时，它们都按与太阳赤道平行的圈子展开。从太阳自转方向来说，领头的黑子大半是全体中最大的而且是寿命最长的，往往在别的都消失了以后还存在。一群黑子常常只剩下一些单个的成员 。一群中最后生成的也往往很大。黑子中央更暗的部分叫做“本影”（ｕｍｂｒａ），边上较亮的部分叫做“半影”（ｐｅｎｕｍｂｒａ）。在分散的过程中，黑子分裂成一些很不规则的碎片。三百多年来的太阳黑子的观测（我国对太阳黑子的观测可追朔到《周易》中的“日中见斗”和“日中见沫”，不过确切的记录是汉成帝河平元年，即公元前２８年，西方一直到１６１１年伽利略使用望远镜时才看到太阳黑子。）使我们知道了太阳黑子的频数是有一定规律的，周期约为１１年一次。有些年份太阳上面很少黑子，甚至没有。１９１２年如此，１９２３年又如此。第二年出现的黑子数目就增多了一些；一年一年增加下去，其顶峰一般出现在５年后。以后又一年一年渐渐减少，直到周期满了才又增加。伽利略时代的人们就发现了这一变化，到了１８４３年由施瓦布（Ｓｃｈｗａｂｅ）确立了它们的周期率。

　

　　太阳黑子数目改变的周期也是那更普遍的１１年循环周期之一，这种周期是太阳与地球上的许多现象都依从的。深红的“日珥”（ｐｒｏｍｉｎｅｎｃｅｓ）在太阳黑子最多时也最常出现。“日冕”（ｃｏｒｏｎａ）随黑子的增加或减少而改变形状。地球上的“磁暴”（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｔｏｒｍ）——扰乱无线电信号传输和毁坏一些精密的电子设备的元凶——也和黑子一同增加强度与发生的频率。“极光”（ａｕｒｏｒａ）也在黑子最多时更频繁而壮观地出现。气候则在这周期中会发生少许变化。

　

　　太阳黑子的出现及其周期性很显然与太阳的磁场有关。当前流行的太阳发电机理论试图通过研究太阳对流层中的流体运动和磁场的相互作用，来解释这种周期性以及太阳磁场的维持。１９１９年拉莫尔（Ｌａｍｏｒ）提出了太阳发电机的概念。１９５５年帕克（Ｐａｋｅｒ）提出了自激发电机理论，奠定了湍流发电机理论的物理基础。按照这种理论，太阳黑子出现在磁场很强的太阳活动区，内部的相互作用会产生周期性振荡，并伴随出现表面磁场的细微变化。

　

　　太阳黑子的出现还有一条很有意思的规律：黑子并不是散布在太阳的全部表面上，而是在太阳纬度上的某些部分才有。在太阳的赤道上，黑子并不常见，可是离赤道向北或向南就逐渐多了起来，在南、北纬１５度到２０度是黑子出现最多的地方，再远又开始逐渐减少，３０度以上就很少出现了。这区域如图１４所示，其中最黑的部分就是黑子最多的区域。如果我们用一个白色的圆代表太阳，每观察到一个黑子就在相当地方加一黑点，若干年后我们就会得到图１４这样的图形了。

　

　

　　与黑子相反，太阳表面还常常出现一些较光球更明亮的斑点，这些斑点经常在黑子附近出现，这就是所谓的“耀斑”（ｆａｃｕｌａ）。

　

　　黑子的出现表示太阳上起了极大的风暴。它们很像我们地球上的飓风——只是大了许多倍而已。炽热的气体在太阳旋涡中向上飞腾，到达了比内部压力小得多的光球之后，这些气体就喷发出来，迅速冲出了表面。这样膨胀的结果就使得周围的温度稍微降低了一点，因此也减弱了这一区域的光辉——这就是太阳黑子。其实，菌状漩涡的平顶也还是极热极亮的。看起来稍微黯淡些只是因为跟周围平静的太阳表面相比温度要低了一些的缘故。

　

　　地上的包括飓风在内的所有旋涡由于地球的自转，在北半球逆时针方向旋转，在南半球却是顺时针旋转。太阳黑子与之类似，在太阳赤道北的太阳黑子与太阳赤道南的太阳黑子的旋转方向恰恰相反，因此可以看出太阳的自转。但太阳上风暴的情形比地球上风暴的情形更加复杂，因为随从的黑子常常跟领头的黑子有相反的旋转方向，更后出生的黑子的旋向则受之前已经存在的黑子群的影响，更为复杂。

　

　　太阳黑子的旋涡中心压力较低，因此附近的气体为其所吸引，在下降时也还是旋转着。这种情形在照片中可以看得很清楚。

　

　　二百年前，美国的海尔（Ｈａｌｅ）和法国的德朗德（Ｄｅｓｌａｎｄｒｅｓ）各自独立地发明了太阳单色光照相仪（ｓｐｅｃｔｒｏｈｅｌｉｏｇｒａｐｈ）。这是连接在望远镜上的一部分，利用它可以单独给某一特定的元素所发出的光照相，例如钙光或氢光。当利用这种仪器给太阳进行氢光摄影时，拍摄到的“谱斑”（ｆｌｏｃｃｕｌｉ）相片就从太阳黑子附近的形态分布显出了旋涡的存在。

　

　　为了消除大气层对太阳观测的不利的影响，２０世纪６０年代以来，空间探测器以及各种探测太阳的人造卫星陆续被发射升空，如太阳辐射监测卫星、轨道太阳观测站、国际日地探险者和太阳风年探测卫星等。这些携带了各类精密仪器的卫星对太阳进行了全方位、多角度的研究，其中包括黑子周期现象，并且获得了很多出色的成果。有了这些卫星的帮助，我们可以比较准确地预报太阳黑子和耀斑的爆发，从而避免磁暴对电子设备的损害。