太陽黑子

太陽黑子是指太陽表面因低溫而形成的黑暗區(qū)域。太陽黑子是太陽活動最明顯的跡象。太陽黑子的最早記錄出現(xiàn)在中國 ■書《周易》公元前800年。西方關(guān)于太陽黑子的記錄是由古希臘學者狄奧弗拉斯圖在公元前300年提出的。太陽黑子相對數(shù)的變化是太陽活動強弱的重要標志。

太陽黑子的平均面積大約是整個地球的大小。太陽黑子存在于太陽光球?qū)颖砻妫@里是磁場聚集的地方，與太陽周圍表面的溫度相比，溫度比為 (5778 K) 大約低 2000 K。它的數(shù)量和位置每隔一段時間就會周期性地變化。近年來，各國對太陽黑子的觀測和研究取得了很大進展。

地球通信系統(tǒng)中太陽黑子出現(xiàn)的周期、并使宇宙射線穿透內(nèi)太陽系，改變地球上層大氣成分的化學成分。

公元前800年春秋初期，《周易》年記錄到太陽黑子：日中見斗”和“日中見沫”公元前四世紀中葉（戰(zhàn)國時期）中國天文學家甘德發(fā)現(xiàn)并相信太陽黑子是太陽的一部分，并將它們命名為“日食”公元前165年，《玉海》年也記錄了太陽黑子。然而，公認的是，太陽黑子是在公元前《漢書·五行志》年被記錄的：和平元年…三月初二，日出黃，有金錢般大的黑氣，住在天中。據(jù)統(tǒng)計，從漢和平元年到明末，中國記錄太陽黑子超過100次。

西方文獻中第一次明確提到太陽黑子是在公元前 3003356年左右，由古希臘學者狄奧弗拉斯圖寫的(Theophrastus)有人認為他是柏拉圖和亞里士多德的學生。公元807年左右，愛因斯坦《查理曼的生平》年記錄了太陽黑子：文中描述了公元807年3月17日，太陽中心上方出現(xiàn)了一個小黑點他們觀察了8天，但是因為云層的原因，沒有觀察到小黑點的出現(xiàn)和消失他們認為這個明顯的斑點是由水銀引起的。1128年， 伍斯特的John  在他的《約翰的編年史》中也提到了太陽黑子，并繪制了第一張黑子圖。1610年，英國天文學家托馬斯·在望遠鏡的幫助下，哈里奧特通過筆記和草圖詳細描述了他對太陽黑子的觀察。

1611年，大衛(wèi)和約翰內(nèi)斯·法布里修斯父子獨立發(fā)現(xiàn)了太陽黑子。幾個月后，約翰內(nèi)斯堡·法布里丘斯 (Johannes   fabricius) 出版了一本名為《論太陽中觀察到的黑子及其隨太陽自轉(zhuǎn)》的書。約翰內(nèi)斯·在法布里修斯 他的記錄被克里斯托弗掩蓋了·薩吉納 (克里斯托弗 Scheiner )和伽利略·加利萊伊 (Galile)出版物所掩蓋。伽利略很可能與哈里奧特同時開始用望遠鏡觀察太陽黑子。然而，伽利略 的記錄沒有直到1612年才開始。

19世紀初，威廉·赫歇爾（William   Herschel）他是最早將太陽黑子與地球的加熱和冷卻等同起來的人之一他在研究太陽行為和太陽結(jié)構(gòu)的過程中，無意中發(fā)現(xiàn)了太陽黑子從 1795 到 18003356的相對缺失由此，他發(fā)現(xiàn)太陽黑子的消失與英國小麥價格高漲同時發(fā)生。幾年后，像理查德這樣的科學家·卡林頓 號(Richard   carrington)和約翰·亨利·坡音亭 (John Henry Poynting)在 1865 和 18843356中，我們試圖找到小麥價格與太陽黑子的關(guān)系，但都以失敗告終。現(xiàn)代分析表明，小麥價格和太陽黑子數(shù)量之間沒有統(tǒng)計上的顯著相關(guān)性。

太陽充滿了非常強的磁場當太陽以不同的速度旋轉(zhuǎn)時，赤道比兩極旋轉(zhuǎn)得快，這將產(chǎn)生“差異旋轉(zhuǎn)” 。隨著太陽的旋轉(zhuǎn)，最終磁場會“突然”上升并突破表面。當這種情況發(fā)生時，太陽內(nèi)部的氣體會被磁場或“凍結(jié)”磁場的強度壓倒了對流和重力，并將氣體保持在適當?shù)奈恢谩．敋怏w被凍結(jié)在磁場中時，對流會減慢或完全關(guān)閉，從而阻止能量從太陽內(nèi)部更深處向表面的對流轉(zhuǎn)移。如果在這個磁場下通過太陽傳播的熱量較少，太陽表面溫度就低于周圍環(huán)境，看起來就比周圍環(huán)境暗，從而形成黑子。

大小

太陽黑子的平均面積大約是整個地球的大小。然而，太陽黑子的大小是不同的，它們的直徑可能從 103356英里不等（16 公里）到 100，000 英里（16萬 公里）不等。1947年，科學家發(fā)現(xiàn)了最大的太陽黑子群，面積約為地球表面積的18倍。

溫度

太陽黑子區(qū)的溫度相對低于太陽周圍的溫度。太陽黑子的溫度范圍為 30003356 ~ 40003356 K，比太陽周圍表面的溫度高 (5,778 K) 大約低 2000 K。

結(jié)構(gòu)

太陽黑子最暗的區(qū)域（也是首先要觀察的區(qū)域）稱為本影。隨著太陽黑子的成熟（變得更加強烈），在本影周圍會形成一個不太暗的陰影、界限分明的纖維結(jié)構(gòu)的外圍區(qū)域稱為半影。2014年，天文學家觀測到太陽黑子的本影中存在一個很強的亮橋結(jié)構(gòu)，亮橋結(jié)構(gòu)上方有一個垂直振蕩的亮結(jié)構(gòu)，像一堵墻矗立在亮橋上，因此被命名為亮墻。明亮墻壁的平均高度是3.6兆米。整個明墻比周圍都要亮整個亮墻在墻頂最亮，在SDO的很多極紫外波段都可以看到。亮壁頂部上下移動形成連續(xù)振蕩，平均振幅和平均振蕩速度分別為0.9兆米和15.4千米/秒，主振蕩周期為3.9分鐘。總之，成熟的黑子結(jié)構(gòu)是由本影組成的、半影、亮橋、亮墻組成。

數(shù)量

太陽表面黑子群的數(shù)量一般用黑子的相對數(shù)量來衡量。太陽黑子相對數(shù) (RSN) 也叫狼號、魯?shù)婪虼_定了國際太陽黑子數(shù)或蘇黎世數(shù)·狼 (Rudolf Wolff  ) 年在瑞士蘇黎世提出。太陽黑子相對數(shù) (R)，基本上由組數(shù)（G）和點數(shù)（F）通過一個簡單的公式計算：R = K (10 G   F)其中k是一個系數(shù)，取決于觀測者所用望遠鏡的性能、觀察地點的天氣狀況、觀測者的經(jīng)驗和黑子群的分組方法。從1939年3月1日到2019年9月30日，日本三鷹天文臺分別記錄了北半球和南半球的日黑子相對數(shù)。他們對同一時間段不同來源的太陽黑子數(shù)做了相關(guān)分析，得出K系數(shù)為0.8862。蘭卡威國家天文臺（LNO）分析了20132015年太陽黑子的觀測數(shù)據(jù)觀測與每年第一季度最有利于觀測的季節(jié)氣候有關(guān)，在三個不同的觀測者中進行，共觀測592天，占三年的55.3%，k系數(shù)為0.8045。

磁場

黑子是太陽磁場的聚集區(qū)，太陽爆發(fā)活動的源頭是黑子所在的活動區(qū)。太陽黑子成對出現(xiàn)，呈東西方向排列一組有正磁場或北磁場，而另一組有負磁場或南磁場。在黑子內(nèi)部，本影磁場近乎垂直，而半影磁場相對傾斜。而本影中亮橋和半影中徑向纖維的磁場與背景環(huán)境結(jié)構(gòu)明顯不同。根據(jù)觀測和模擬數(shù)據(jù)，太陽黑子中磁場環(huán)境的突變會在磁場重聯(lián)引起的亮橋附近產(chǎn)生亮度和噴流，在整個半影中也會產(chǎn)生微噴流。半影中的磁場結(jié)構(gòu)比較復雜，由兩個不同的磁力線系統(tǒng)組成，稱為互鎖梳狀結(jié)構(gòu)，使得半影的磁場強度下降相當快。太陽黑子的磁場大約比周圍的光球強 10003356倍。

黑子往往成對出現(xiàn)，大黑子周圍有小黑子，小黑子逐漸增多，形成復雜的黑子群，然后逐漸減少。太陽黑子從最少到最多再回到最少，周期大約11年。太陽黑子的平均壽命約為一天，少數(shù)大黑子可存在數(shù)月或一年以上。太陽黑子最少的一年稱為太陽活動最少的一年；太陽活動最活躍的一年稱為最活躍年。大約從1645 年到335617153356年，太陽經(jīng)歷了一段黑子活動接近于零的時期。  這個黑子極小期被稱為蒙德極小期。1890年，英國天文學家蒙德每天連續(xù)觀察太陽黑子，并繪制了太陽黑子的位置圖太陽周期中的太陽表面他們形成的圖案就像一只蝴蝶。之所以出現(xiàn)蝴蝶模式，是因為每個新周期的第一個黑子大多出現(xiàn)在太陽的中緯度區(qū)域，但隨著太陽周期的進展，黑子在區(qū)域方向產(chǎn)生的最多（太陽）赤道移動。

太陽黑子除了11年的周期外，還有其他的周期。天文學家對1700年感興趣-在2012年和1987年逐年-通過分析2012年每日太陽黑子數(shù)據(jù)，27.4天、11年、111.6年是全時域顯著期，55年是局部時域顯著期。

太陽黑子活動的強度會影響地表溫度。太陽風活動的強度與太陽黑子有關(guān)太陽黑子越多，太陽風活動越強。太陽風活動的強度決定了宇宙射線的數(shù)量，進而影響云層的覆蓋面積。云越多，地球接受的太陽輻射越少，溫度越低。

當太陽黑子稀少時，太陽的風壓減弱，這使得來自深空的宇宙射線能夠穿透太陽系內(nèi)部這種效應(yīng)導致輻射增加。宇宙射線可能會改變地球的化學成分引發(fā)閃電和種子云。宇宙射線可以穿透飛機，長途商業(yè)航班的乘客在一次行程中受到的輻射和牙齒射線差不多，而飛行員受到國際輻射防護委員會的保護(ICRP)歸類為職業(yè)輻射工作人員 。

平滑太陽黑子數(shù)會改變電離層介質(zhì)的傳輸特性，從而影響高頻通信頻率。平滑太陽黑字的高值會干擾高頻信號的傳輸。

2006年10月，中國江蘇省天文學會對太陽黑子的觀測發(fā)現(xiàn)，幾乎沒有黑子，說明太陽進入了暫時的低活動期。

2012年，由日本名古屋大學名譽教授洋介上田領(lǐng)導的研究小組報告了太陽的北半球、南半球太陽黑子數(shù)量的變化導致太陽南北兩極磁極反轉(zhuǎn)，周期約為11年。同年，美國宇航局觀測到太陽表面巨大黑子的爆發(fā)這個超級太陽黑子的直徑是60，000英里。這預(yù)示著將會出現(xiàn)非常劇烈的太空氣候美國宇航局將這次太陽黑子爆發(fā)命名為“AR 1476”

2020年，中國國家天文臺研究員李婷等人在云南澄江撫仙湖利用一米新型真空望遠鏡，觀測到太陽黑子附近色球?qū)用黠@的扇形噴流。同年，中國國家天文臺的研究人員在特殊的磁場配置下發(fā)現(xiàn)了太陽黑子中的磁場重聯(lián)過程。根據(jù)近距離觀測太陽黑子的飛船，美國宇航局的研究人員分析，太陽耀斑不僅會影響國際空間站和飛船上的生命，還會影響地球上的生命。太陽黑子通常發(fā)生在太陽耀斑之前，因此監(jiān)測太陽黑子非常重要。根據(jù)歐洲航天局的太陽和日光層觀測衛(wèi)星，美國科學家（SOHO）上的邁克爾遜－多普勒成像儀的數(shù)據(jù)首次繪制出了太陽黑子的詳細圖像，有助于研究太陽黑子產(chǎn)生和活動的機制。

2023年8月17日至20日，美國宇航局（NASA）的“毅力號”在探索火星上的Jezero隕石坑時，火星車觀測到太陽表面有一個巨大的太陽黑子，它可能會繼續(xù)增加，并在太陽表面移動。專家警告說，這個太陽黑子可能會釋放出高能爆炸，導致地球 美國電網(wǎng)將癱瘓。