太陽黑子是我們進入太陽復(fù)雜內(nèi)部的窗口。

【太陽黑子是太陽表面較冷的區(qū)域，可能引發(fā)爆發(fā)擾動，如太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射。（圖片來源：NASA/SDO）】

太陽黑子是太陽表面暗的、行星大小的強磁場區(qū)域。它們可以產(chǎn)生爆發(fā)擾動，如太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射（CME）。

太陽黑子所表示的區(qū)域看起來更暗，因為它們比周圍環(huán)境涼爽。根據(jù)國家氣象局（NWS）的數(shù)據(jù)，中央暗區(qū)本影約為6300華氏度（3500攝氏度），而周圍光球約為10000華氏度（5500攝氏度）。

由于在太陽表面可見，太陽黑子的頻率和強度表明了在太陽磁場驅(qū)動為期11年的太陽活動周期中，太陽活動的水平。太陽黑子是我們了解太陽復(fù)雜磁性內(nèi)部的窗口，數(shù)百年來它們一直吸引著太陽觀測者。

太陽黑子是如何形成的？

根據(jù)歐洲太陽望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)，當(dāng)磁場從太陽內(nèi)部深處聚集到表面時，太陽黑子就會形成。它們由中央較暗的區(qū)域（稱為本影）和周圍區(qū)域（稱為半影）組成。

【太陽黑子由中央較暗的區(qū)域（稱為本影）和周圍區(qū)域（稱為半影）組成（圖片來源：NSO/AURA/NSF.Infographic由Space.com制作）】

雖然科學(xué)家們并不完全了解太陽黑子是如何形成的，但研究人員普遍接受美國天文學(xué)家霍勒斯·巴布科克（HoraceBabcock）于1961年首次提出的一個理論：太陽黑子是由太陽磁場形成的。

把太陽的磁場想象成一圈圈橡皮筋，一端連在北極，另一端連在南極。根據(jù)格林威治皇家博物館（Royal Museums Greenwich）的說法，由于太陽以不同的速度旋轉(zhuǎn)，赤道的旋轉(zhuǎn)速度比兩極快，因此產(chǎn)生了“差速旋轉(zhuǎn)”。

隨著太陽的旋轉(zhuǎn)，這些磁環(huán)“橡皮筋”纏繞得更緊更復(fù)雜。最終，磁場“突然”上升并打破表面。太陽磁場中的這種擾動形成了孔隙，這些孔隙可以生長并結(jié)合在一起形成更大的孔隙或原始斑點，最終形成太陽黑子。一組太陽黑子被稱為活動區(qū)。

據(jù)NWS稱，活躍太陽黑子區(qū)域的磁場可能比地球磁場強2500倍左右。相對而言，強磁場抑制了來自太陽內(nèi)部的熱的新氣體的流入，導(dǎo)致太陽黑子比周圍的環(huán)境更冷、更暗。根據(jù)大學(xué)大氣研究公司（UCAR）的說法，如果你能從太陽上切下一個標(biāo)準(zhǔn)的太陽黑子，并將其放置在夜空中，它就會像滿月一樣明亮。

太陽黑子有多大？

根據(jù)《酷宇宙》（Cool Cosmos）的數(shù)據(jù)，太陽黑子的平均大小與地球大致相同，但它們的直徑可以從數(shù)百英里到數(shù)萬英里不等。

太陽黑子與太陽周期

太陽黑子形成于數(shù)天到數(shù)周的時間內(nèi)，可能在表面停留數(shù)月后最終消失。

根據(jù)美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）空間氣象預(yù)測中心的數(shù)據(jù)，在11年的太陽活動周期（有時稱為太陽黑子周期）中，太陽黑子的總數(shù)各不相同，太陽黑子活動的峰值與太陽活動的最大值重合，太陽活動的最小值出現(xiàn)黑子間斷。

太陽黑子的位置在整個太陽活動周期中也會發(fā)生變化。在太陽活動最大期，許多太陽黑子出現(xiàn)在中緯度地區(qū)（大約北緯30度，南緯30度）。然后，太陽黑子逐漸向赤道移動，在太陽活動極小期幾乎沒有太陽黑子。甚至有時，在太陽活動極小期，看不到太陽黑子。

【圖解：在太陽活動最大期，中緯度可以看到大量的太陽黑子，而在太陽活動最小期，赤道可以看到非常少的太陽黑子（有時為零）?！?/p>

盡管11年的太陽活動周期相當(dāng)一致，但在1645年至1715年間，觀測到的太陽黑子很少。根據(jù)《物理世界》1672年至1699年間，記錄的太陽黑子不到50個。相比之下，在“正常”太陽活動極小期，每年通常有12到100多個太陽黑子。

據(jù)《泰晤士報》報道，英國天文學(xué)家愛德華·沃爾特·蒙德（EdwardWalter Maunder）和妻子安妮（Annie）于1890年從記錄中發(fā)現(xiàn)太陽活動缺乏后，這段嚴(yán)重減弱的時期被稱為“蒙德極小期”。

今天的太陽黑子

太陽正在經(jīng)歷第25個太陽活動周期，在這一周期中，太陽活動正在上升，導(dǎo)致太陽黑子的大量出現(xiàn)。要了解今天太陽黑子的樣子，請查看太陽和日光層天文臺（SOHO）的觀測頁面。

誰發(fā)現(xiàn)了太陽黑子？

關(guān)于誰發(fā)現(xiàn)了太陽黑子有一些爭論。據(jù)錢德拉X射線中心（Chandra X-ray Center）稱，最早的太陽活動記錄來自公元前800年左右的中國天文學(xué)家。錢德拉X射線中心(Chandra X-ray Center)稱，中國和韓國天文學(xué)家經(jīng)常觀測到太陽黑子。然而，目前還沒有已知的此類觀察的早期例證。

已知最早的太陽活動圖出現(xiàn)在許多年后的1128年，在《伍斯特紀(jì)事約翰》中。伍斯特寫道：“羅馬人皇帝洛薩（Lothar）第三年，英國國王亨利（Henry）第二十八年……12月8日，星期六，從早到晚出現(xiàn)了兩個黑球，對著太陽。”。

就在伍斯特描述了一個巨大的太陽黑子群五天后，韓國天文學(xué)家報告說，他們觀察到一個紅色的蒸汽“在天空騰飛，布滿天際”，這說明在相對低緯度地區(qū)存在北烏羅拉（aurora borealis:立陶宛語，即常說的北極光）

1610年，英國天文學(xué)家托馬斯·哈里奧（ThomasHarriot）在望遠(yuǎn)鏡的幫助下，根據(jù)美國國家航空航天局（NASA）的數(shù)據(jù)，用筆記和草圖詳細(xì)地描述了他的太陽觀測結(jié)果。他的畫是已知最早的太陽黑子圖像記錄。

一年后，大衛(wèi)和約翰·法布里修斯（David and Johannes Fabricius）（父子）獨立發(fā)現(xiàn)了太陽黑子。幾個月后，約翰內(nèi)斯·法布里修斯（JohannesFabricius）發(fā)表了名為“關(guān)于太陽中觀察到的黑子及其與太陽的明顯旋轉(zhuǎn)”的相關(guān)文章，成為西方第一個發(fā)表黑子相關(guān)內(nèi)容的人。

據(jù)美國國家航空航天局（NASA）稱，1611年同時有另外兩個獨立的太陽黑子發(fā)現(xiàn)。伽利略·伽利雷（Galileo Galilei）和耶穌會士克里斯托夫·謝納（Christoph Scheiner）就誰應(yīng)該因發(fā)現(xiàn)太陽黑子而獲得榮譽展開了競爭。爭吵的天文學(xué)家并不知道，數(shù)百年前就已經(jīng)觀測到并記錄到了太陽黑子，因此他們之間的宿怨是徒勞的。

【圖為伽利略·伽利雷（Galileo Galilei）】

觀測太陽黑子

【使用正確的設(shè)備和護目鏡可以觀察到太陽黑子。如果沒有特殊的保護，千萬不要看太陽。（圖片來源：Allexandar via Getty Images）】

未經(jīng)特殊保護，切勿使用雙筒望遠(yuǎn)鏡、望遠(yuǎn)鏡或肉眼直視太陽。天文攝影師和天文學(xué)家使用特殊的濾鏡來安全地觀察太陽。這是我們?nèi)绾斡^測太陽的安全指南。

太陽黑子已經(jīng)被觀測了數(shù)百年，但對于希望更多地了解太陽周期并評估太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射等空間天氣風(fēng)險的科學(xué)家來說，黑子仍然是他們關(guān)注的焦點。

如果沒有日本天文學(xué)家小山久子（Hisako Koyama）的工作，我們目前的太陽活動圖像就不會那么清晰。1947年至1996年，Koyama使用一臺20厘米（8英寸）的折射望遠(yuǎn)鏡，在東京國家自然科學(xué)博物館的屋頂上繪制了太陽黑子的草圖。根據(jù)發(fā)表在《空間天氣》雜志上的一篇關(guān)于她的工作的報道，40多年來，Koyama進行了10000多次太陽黑子觀測，這些觀測很好的促進了太陽科學(xué)，并加強了我們對空間天氣的理解。

如今，美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）空間天氣預(yù)報中心的科學(xué)家每天分析太陽黑子區(qū)域，以了解其威脅。他們監(jiān)測并記錄太陽黑子大小、數(shù)量和位置的變化，以評估活動區(qū)域發(fā)生太陽耀斑和CME的可能性。

位于比利時的皇家天文臺——太陽黑子指數(shù)和太陽觀測世界數(shù)據(jù)中心也長期跟蹤太陽黑子并記錄太陽周期的高低，憑借評估太陽活動來改進空間天氣預(yù)報。

科學(xué)家對太陽黑子群進行分類，以評估哪些黑子更有可能引發(fā)太陽耀斑或CME。為了做到這一點，加利福尼亞州威爾遜山天文臺的研究人員根據(jù)Space Weather Live提出了一組太陽黑子群的分類。

每天，太陽黑子都會被計數(shù)，并接受磁分類和黑子分類。Space Weather Live表示，另一個分類系統(tǒng)是基于蘇里奇/麥金托什系統(tǒng)（Zürich/McIntosh system），旨在對太陽黑子進行分類，以告知科學(xué)家太陽黑子的復(fù)雜性和大小會持續(xù)多久。

其他資源

如果你對自己觀察太陽黑子感興趣，你可以看看如何制作自己的針孔查看器，這樣你就可以自由地觀察太陽。通過國家學(xué)校天文臺了解更多關(guān)于太陽黑子和太陽自轉(zhuǎn)的信息。閱讀更多關(guān)于太陽黑子歷史以及圍繞其“發(fā)現(xiàn)”的爭議，了解萊斯大學(xué)的伽利略項目，Space Weather Live這樣說道。

BY: forty-seven

FY: Perseids

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