太陽(yáng)擁有斑點(diǎn)。本文將會(huì)介紹我們關(guān)于它們的已有研究。

目前最強(qiáng)大的太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡，井上建太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡，在2020年12月發(fā)布了首張?zhí)?yáng)黑子的高清細(xì)節(jié)圖。

圖源：NSO/AURA/NSF

太陽(yáng)黑子是目前所有太陽(yáng)特征中最引人注目的一個(gè)。

遠(yuǎn)在望遠(yuǎn)鏡被發(fā)明之前，中國(guó)古籍之中就已經(jīng)有大量關(guān)于太陽(yáng)表面黑色區(qū)域的目擊情況的記錄，這種情況在太陽(yáng)光被云或霧霾遮擋而減弱時(shí)更容易被觀測(cè)到，尤其是在日出和日落的時(shí)候。中國(guó)古人常把這些黑色區(qū)域稱為“飛鳥”。

當(dāng)伽利略（Galileo）在1610年使用他自制的粗糙的望遠(yuǎn)鏡直視觀測(cè)太陽(yáng)時(shí)，他失明了整整一周，并且他的視力遭受到了永久性的損傷。但是他找到了解決辦法：他將屋子整體變暗，把望遠(yuǎn)鏡放置在百葉窗的一個(gè)開口上，然后把太陽(yáng)的圖像投射到一張紙上。通過(guò)這種方法他可以安全地獲取太陽(yáng)的圖像并且追蹤到太陽(yáng)黑子的蹤跡。在連續(xù)多天的觀測(cè)中，太陽(yáng)黑子橫穿了太陽(yáng)表面，它在一邊消失并在太陽(yáng)另一側(cè)重現(xiàn)。顯然太陽(yáng)就像地球一樣繞著一個(gè)軸旋轉(zhuǎn)。

從太陽(yáng)黑子的觀測(cè)中科學(xué)家們推測(cè)出太陽(yáng)在赤道處自轉(zhuǎn)最快，與在兩極自轉(zhuǎn)一周需要29天相比，太陽(yáng)在赤道自轉(zhuǎn)一周僅需25天。

不同之處

太陽(yáng)黑子最初給人的印象就是被雕刻在太陽(yáng)表面的黑洞。太陽(yáng)表面（稱為光球）的溫度大概有11000華氏度（6100攝氏度）。但是太陽(yáng)黑子相對(duì)來(lái)說(shuō)溫度更低，平均下來(lái)大概在8000華氏度（4400攝氏度）。因?yàn)槠錅囟容^低所以與黑子周邊區(qū)域相比較來(lái)說(shuō)它所在的區(qū)域會(huì)呈現(xiàn)黑色，因此在太陽(yáng)表面它所在的區(qū)域所散發(fā)出的光會(huì)更少。

毫無(wú)疑問(wèn)如果你可以通過(guò)某種方式把太陽(yáng)黑子從太陽(yáng)表面剝離出來(lái)并且將它獨(dú)立放置在空中，那么它會(huì)像月亮在滿月時(shí)一樣亮。

太陽(yáng)黑子的黑色不規(guī)則中心，或者說(shuō)，本影，其直徑可以從大約900英里（1400千米）到超過(guò)50000英里（80000千米）。它被相對(duì)沒(méi)有那么黑的區(qū)域，稱作半影，所包圍。半影通常比黑子面積的兩倍還要大，而這一面積可以將20個(gè)地球輕易掩蓋。這些點(diǎn)頻繁地在成對(duì)或成簇的白熾氣體中遨游。它們會(huì)快速成長(zhǎng)，之后慢慢消逝。

太陽(yáng)黑子表現(xiàn)為混亂的表面的黑斑。

圖源：NASA

磁場(chǎng)風(fēng)暴

雖然天文學(xué)家們研究太陽(yáng)黑子已經(jīng)上百年，但太陽(yáng)黑子的準(zhǔn)確成因仍然是個(gè)謎。它們擁有非常強(qiáng)的磁場(chǎng)，并且會(huì)演變成太陽(yáng)風(fēng)暴，而這有可能是被更強(qiáng)的周期性變化所導(dǎo)致的。1859年9月1日，英國(guó)天文學(xué)家理查德·C·卡靈頓（Richard C. Carrington）正在例行繪制太陽(yáng)黑子圖。為了降低太陽(yáng)的致盲亮度，他將其望遠(yuǎn)鏡中的太陽(yáng)圖像進(jìn)行了過(guò)濾處理。突然，在一個(gè)太陽(yáng)黑子群之中出現(xiàn)了兩個(gè)燦爛的光點(diǎn)。

最初卡靈頓認(rèn)為是他的過(guò)濾裝置出現(xiàn)了縫隙導(dǎo)致太陽(yáng)光可以全部從中穿過(guò)，但是這些光點(diǎn)卻變得越來(lái)越亮。這讓他成為了第一個(gè)目睹太陽(yáng)耀斑的人。太陽(yáng)耀斑是發(fā)生在太陽(yáng)表面由突然間的能量釋放引起的熱氣體間歇泉。世界各地所有觀測(cè)站的磁針在幾分鐘內(nèi)失效并開始狂舞。

2022年5月10日最新捕捉太陽(yáng)耀斑圖像。

圖源：NASA

從此太陽(yáng)耀斑和太陽(yáng)黑子之間的關(guān)系被建立起來(lái)。大多數(shù)情況下，黑子越多的地方太陽(yáng)耀斑越大。通常在耀斑爆發(fā)之后的很短時(shí)間內(nèi)，大帶電粒子流如火箭一般以200萬(wàn)英里每小時(shí)（320萬(wàn)千米每小時(shí)）及以上的速度穿越星際，最終與高層大氣中的稀薄氣體相撞。這些氣體會(huì)燃燒成一個(gè)色彩繽紛的“戰(zhàn)場(chǎng)”，其中存在著弧線型的流動(dòng)光帶，而這又被稱作北極光。

大多數(shù)極光會(huì)出現(xiàn)在地球北極區(qū)域的磁極附近，極少數(shù)情況下得益于超大太陽(yáng)黑子或太陽(yáng)耀斑的推動(dòng)影響，其可視區(qū)域會(huì)擴(kuò)大到加拿大及美國(guó)中部或者更甚達(dá)到美國(guó)南部區(qū)域。（卡靈頓觀測(cè)到的耀斑產(chǎn)生的北極光在更偏南的加勒比海區(qū)域也能觀測(cè)到！）但伴隨著這個(gè)壯觀的天空演出，這種電磁擾動(dòng)會(huì)將電涌送入地球大氣層，而這不但會(huì)阻隔無(wú)線電交流更會(huì)導(dǎo)致公共事業(yè)公司的斷路器跳閘并切斷電源。1989年三月加拿大魁北克就遭遇了這種突發(fā)情況并斷電了整整九個(gè)小時(shí)。

極光。

圖源：維基百科

周期性斑點(diǎn)

德國(guó)德紹的海因里?！な┩哓悾℉einrich Schwabe）是發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)周期的人。最初他只是想完成從1825年開始的太陽(yáng)每日觀測(cè)，并希望依此發(fā)現(xiàn)一個(gè)存在于水星軌道上的穿越太陽(yáng)盤的行星。遺憾的是這個(gè)行星并不存在，不過(guò)在觀測(cè)的17年間，施瓦貝記下了每一個(gè)晴天的太陽(yáng)盤的模樣，記錄了他能看到的每一個(gè)點(diǎn)和斑點(diǎn)，不論大小。漸漸地，施瓦貝發(fā)現(xiàn)了一個(gè)獨(dú)特的循環(huán)——一個(gè)11年的太陽(yáng)黑子活動(dòng)增減的周期。自此以后，任何可以想象的東西都和11年的太陽(yáng)黑子周期扯上了關(guān)系：股票市場(chǎng)，戰(zhàn)爭(zhēng)，大流行疾病，威士忌價(jià)格甚至加拿大毛皮動(dòng)物的生育率。

太陽(yáng)黑子蝴蝶圖。

圖源：NASA

太陽(yáng)黑子會(huì)影響我們的氣候么？

一些科學(xué)家認(rèn)為太陽(yáng)黑子會(huì)影響我們的氣候。在十九世紀(jì)晚期有兩個(gè)天文學(xué)家，愛德華·蒙德（Edward Maunder）和古斯塔夫·斯波勒（Gustav Sp?rer），發(fā)表了一篇文章指出從1645到1715這一段時(shí)間里太陽(yáng)黑子的活動(dòng)極為罕見。有趣的是，這70年的間隔恰恰與“小冰河時(shí)期”的中間部分時(shí)間重合，在此期間歐洲和北美洲正經(jīng)歷著遠(yuǎn)低于平均溫度的寒冷。

然而在過(guò)去的數(shù)十年間，天文學(xué)家們注意到太陽(yáng)正經(jīng)歷著長(zhǎng)期不同往常的沒(méi)有太陽(yáng)黑子的活動(dòng)，甚至即使在太陽(yáng)峰年的2014年太陽(yáng)黑子的數(shù)量也比正常值低了36%。一些人認(rèn)為我們正處在和375年前類似的另一個(gè)太陽(yáng)黑子極少活動(dòng)期的開端，最終結(jié)果是被稱作“全球降溫”的又一次異常極寒天氣。

但是有許多環(huán)境學(xué)家持完全相反的觀點(diǎn)，他們指出發(fā)生在十七世紀(jì)末十八世紀(jì)初的小冰河時(shí)期更有可能是被不尋常的全球高水平火山活動(dòng)導(dǎo)致的?；鹕交顒?dòng)噴發(fā)大量火山灰集結(jié)成云飄蕩在大氣中。根據(jù)美國(guó)航空航天局的研究，這些氣霧云就像一個(gè)罩子一樣照在大氣層并減少了太陽(yáng)光，而這才應(yīng)該是小冰河時(shí)期可能性最大的成因。

不管怎么說(shuō)，這仍是一個(gè)有爭(zhēng)議的議題。

太陽(yáng)預(yù)報(bào)的新工具

2007年太空環(huán)境中心將其名字改為太空氣候預(yù)報(bào)中心，而最近它添加了一個(gè)新的，首創(chuàng)的太空天氣預(yù)報(bào)模型到其工作套件中，其目的是為了提升預(yù)報(bào)能力并進(jìn)一步保護(hù)美國(guó)免受太空危害天氣的侵襲。

這個(gè)被稱作全大氣模型-電離層等離子體球電動(dòng)力學(xué)（WAM-IPE）太空天氣預(yù)測(cè)模型的新工具將會(huì)預(yù)測(cè)地球上層大氣對(duì)太陽(yáng)風(fēng)暴和地磁風(fēng)暴的反應(yīng)。它會(huì)有助于預(yù)測(cè)全電子含量，而這是對(duì)交流和導(dǎo)航系統(tǒng)非常重要的數(shù)據(jù)。這一新的中心密度場(chǎng)產(chǎn)品對(duì)于衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商和地面追蹤系統(tǒng)來(lái)說(shuō)將會(huì)非常有助于軌道預(yù)測(cè)和空間態(tài)勢(shì)感知。

這一模型的最新產(chǎn)出可以通過(guò)太空氣候預(yù)報(bào)中心(SWPC)的官方網(wǎng)站進(jìn)行查閱。

“只有不充足的準(zhǔn)備才會(huì)讓惡劣天氣肆虐?！泵绹?guó)航空航天局人類探索與任務(wù)行動(dòng)局首席科學(xué)家杰克·布萊徹（Jake Bleacher）如是說(shuō)道。“太空天氣就是這樣——我們的工作就是做好準(zhǔn)備。”

太空氣候預(yù)報(bào)中心內(nèi)部辦公室圖像

圖源：NOAA

互相矛盾的預(yù)測(cè)

太陽(yáng)活動(dòng)在2019年12月觸底，而這象征著一個(gè)新的太陽(yáng)黑子周期的到來(lái)—第25號(hào)周期。最新的預(yù)測(cè)是其活動(dòng)將在2025年中期左右達(dá)到峰值。但即便如此，并不是所有的太陽(yáng)研究科學(xué)家可以對(duì)其峰值最終能到多高能達(dá)成共識(shí)。目前已有的共識(shí)是第25號(hào)周期起步較低，但它最終會(huì)迎來(lái)95到130之間的太陽(yáng)黑子峰值。這一數(shù)據(jù)遠(yuǎn)低于140到220之間的平均周期太陽(yáng)黑子數(shù)值。

然而，一篇2020年11月發(fā)表在太陽(yáng)物理學(xué)雜志上的文章預(yù)測(cè)則持有完全相反的觀點(diǎn)。其預(yù)測(cè)認(rèn)為太陽(yáng)黑子第25號(hào)周期的強(qiáng)度足以和有記錄以來(lái)的一些最高強(qiáng)度相比較。

因此我們也只能靜觀其接下來(lái)的幾個(gè)月或幾年間會(huì)發(fā)生什么。但即使它真的是低于平均水平強(qiáng)度的太陽(yáng)周期，這也不意味著沒(méi)有風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生太空極端天氣?！疤?yáng)對(duì)我們?nèi)粘Ｉ畹挠绊懯钦鎸?shí)且實(shí)際的。太空氣候預(yù)報(bào)中心可以24小時(shí)、每周7天、365天每年都有員工在崗，這正是因?yàn)樘?yáng)總會(huì)為我們提供可以預(yù)測(cè)的東西?！?太空氣候預(yù)報(bào)中心的太陽(yáng)物理學(xué)家道格·比塞克（Doug Biesecker）如此說(shuō)道。

BY: Joe Rao

FY: zekki

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