太阳黑子

Sunspot

太阳的光球表面有时会出现一些暗的区域,它是磁场聚集的地方,这就是太阳黑子。黑子是太阳表面可以看到的最突出的现象。

黑子的形成和消失要经历几天到几个星期不等。当强磁场浮现到太阳表面,该区域的背景温度缓慢地从6000摄氏度降至4000摄氏度,这时该区域以暗点形式出现在太阳表面。在黑子中心最黑的部分被称作本影,本影是磁场最强的区域。本影周围不太黑、呈条纹状的区域被称为半影。黑子随太阳表面一起旋转,大约经过27天完成一次自转。

长期的观测发现,黑子多的时候,其他太阳活动现象也会比较频繁。黑子附近的光球中总会出现光斑,黑子上空的色球中总会出现谱斑,其附近经常有日珥(暗条)。同时,绝大多数的太阳爆发活动现象也发生在黑子上空的大气中。因此,从太阳大气低层至高层,以黑子为核心形成一个活动中心——太阳活动区。黑子既是活动区的核心,也是活动区最明显的标志。

太阳黑子的发现记载

在我国史书上有着丰富的黑子目视记录,仅正史上就有100多次。现在公认的世界上第一次明确的黑子记录是公元前28年我国汉朝人所观测到的。在《汉书·五行志》里是这样记载的:“成帝河平元年三月乙未,日出黄,有黑气,大如钱,居日中央”。

在西方,太阳黑子长期被忽视。亚里士多德认为太阳是完美无缺的,因而太阳上不会有黑点的观点一致持续到17世纪。公元1610年,意大利天文学家伽利略首次用望远镜看到了太阳黑子,发现黑子是太阳表面非常普遍的现象。不过,这一观测结果与当时的宗教教义相抵触。从1818年开始才有比较常规的每日黑子观测,从而有比较可靠的黑子资料。1610年—1818年间的黑子记录资料是不连贯和不均匀的,存在各种系统误差,尤其是1750年以前的观测记录存在很大的不确定性。

太阳黑子的常规观测不仅让我们认识到太阳黑子自身的变化规律,同时也揭示了太阳上的其他现象和规律。如太阳磁场、太阳自转、白光耀斑都是在黑子观测中被发现的。

太阳黑子的形成原因

仔细观察黑子可以发现,一个发展成熟的黑子是由中心颜色暗黑的部分和其周围暗黑的部分组成。前者是黑子的本影,后者为黑子的半影。黑子是太阳光球上的低温区,本影区的绝对温度在4000℃左右,半影则为5400℃。所以,黑子其实并不黑,只是因为它的温度比光球低,才在明亮的光球背景衬托下显得黑。

导致黑子温度低的直接原因则是因为它自身具有强磁场,磁场强度约在1000高斯~4000高斯之间,比地球上的磁场强度高上一万倍。强磁场能够抑制太阳内部能量通过对流的方式向外传递。所以,当强磁场浮现到太阳表面时,该区域的背景温度缓慢地从5700℃降到4000℃左右,使该区域以暗点形式出现,即黑子产生。

黑子倾向于成群出现。一个发展成熟的典型黑子群由两部分组成,由于太阳自转,西边的部分总是在前面,称为前导部分;与其对应,东边的就称为后随部分。前导和后随黑子的磁场极性相反,一个表现得如北磁极(N),另一个则表现得如南磁极(S),这样的黑子群也因此称为双极黑子群。黑子群中也存在只有一种极性的单极群和极性分布复杂的多极群。一般来说,黑子群越大,磁场极性越复杂,磁场强度越大。

太阳黑子的研究进展

2012年10月21日,日本名古屋大学的研究团队宣布,通过分析太阳观测数据,发现在太阳北半球黑子数增加最显著的时期,太阳北极会出现磁场南北极反转的磁极颠倒现象。同样情况也在太阳南半球的南极发生。太阳的这种磁极颠倒状况与历史上若干地球变冷时期的相关太阳变化类似,但这是否预示地球在不久的将来将变冷还有待继续观察研究。

有关太阳黑子的其他内容