太陽黑子的周期秘密（上）
地球由於公轉自轉的原因，有著春夏秋冬，有著日夜輪迴。
那麼，問題來了：給我們光和熱的太陽呢？她有沒有自己的周期呢？回答：當然有啦！
那麼問題又來了：我們是通過什麼了解太陽周期的呢？回答：太陽黑子啊！
那麼，更多問題出現了：什麼是太陽黑子？太陽黑子是怎麼產生的呢？
好吧，容我細細道來。
穿梭雲間的飛機和背後的太陽黑子。在這幅圖上，不僅有著片片雲彩，還有著碰巧出現在視野里的飛機，遠處的背景是正處於日偏食中的太陽以及其上的黑子（AR2192）。圖片來源：APOD
太陽黑子觀測歷史
太陽是太陽系的中心恆星，也是距離地球最近的恆星。天文學家們曾開玩笑說，如果太陽離我們更遠一點，或許我們能對她了解更多。正是因為距離地球如此之近，太陽表面盤旋流動的大氣和強大的磁場湍流如此勢不可擋。讓人類為之敬畏，也使地球上出現了豐富多彩的生命形態和五彩變幻的自然景觀。
在各種太陽活動現象中，最為醒目也最容易觀測到的現象就是太陽黑子。太陽黑子是出現在太陽明亮光碟上的暗色斑點。我國是世界上首先發現太陽黑子的國家。在《漢書·五行志》中記載：「日出黃，有黑氣。大如錢，居日中。」記載的是公元前28年5月10日的黑子活動。
但是太陽在人類的心中是如此神聖、如此完美，以至於在西方太陽黑子長期被忽視，太陽上不會有黑點的觀點一直持續到17世紀。公元1610年，義大利天文學家伽利略用望遠鏡看到了太陽黑子，意識到這是太陽表面非常普遍的現象。不過，這一觀測結果與當時的宗教教義相抵觸。從1818年開始才有比較常規的每日黑子觀測，從而積累了比較可靠的數據資料。
隨著觀測技術的發展，對太陽黑子的連續觀測資料越來越精確，讓天文學家得以進一步發現太陽黑子的特點以及太陽黑子出現、移動與消失的規律。
太陽黑子的特點
黑黝黝：仔細觀察黑子可以發現，一個發展成熟的黑子是由中心顏色暗黑的部分和其周圍暗黑的部分組成。前者是黑子的本影，後者為黑子的半影。黑子是太陽光球上的低溫區，本影區的絕對溫度在4000℃左右，半影則為5400℃。所以，黑子其實並不黑，只是因為它的溫度比光球低，才在明亮的光球背景襯托下顯得黑。黑子的大小不一，最大者可達地球直徑的兩倍。
【超鏈接】太陽黑子分類
太陽黑子分類方法有很多，現在普遍採用的是瑞士蘇黎世天文台分類法。
A型無半影的單個小黑子，或幾個密集的單極群黑子。
B型無半影的雙極小黑子。可分前導和後隨兩部分，或前導與後隨聯結在一起。
C型類似B型的雙極群，但在前導或後隨中，至少有一個主要黑子具有半影。
D型類似B型的極群，前導和後隨各有一個主要黑子具有半影。整個群體在東西方向的延伸小於10度。
E型類似D型，在東西方向的延伸大於10度，且結構複雜。
F型類似E型，在東西方向的延伸大於15度，結構很複雜。
G型只剩下前導和後隨的幾個大黑子，E型，F型退化了，中間沒有小黑子。
H型有半影的單極黑子，直徑大於2.5度，其周圍也會有衛星小黑子。有時也會呈現複雜結構。
J型有半影的單極黑於，直徑小於2.5度，結構簡單。
上述順序是按照黑子的演變先後排列的，最強時是E、F型，演變到最後是J型。
蘇黎世太陽黑子分類示意圖
成群結隊：多數太陽黑子成群結隊隨太陽自轉移過日面，每群黑子中通常有前導和後隨黑子之分。黑子持續時間從幾小時到數月不等。前導黑子和後隨黑子的磁極性相反，南、北日球黑子群的極性也恰好相反。
強磁場：導致黑子溫度低的直接原因是因為它自身具有強磁場，磁場強度約在1000高斯至4000高斯之間，比地球上的磁場強度高上一萬倍。強磁場能夠抑制太陽內部能量通過對流的方式向外傳遞。所以，當強磁場浮現到太陽表面時，該區域的背景溫度緩慢地從5700℃降到4000℃左右，便會產生黑子。
周期11年：1843年，德國天文愛好者施瓦布通過自己1826年至1843年間的日常黑子觀測，首次發現日面上黑子數量的多少存在11年左右的周期變化。1848年，瑞士天文學家沃爾夫首次提出用黑子相對數（或叫作沃爾夫數）來表示裡面可見半球黑子的多寡。從長期的黑子相對數記錄可見，黑子相對數的平均值明顯表現出11年左右的周期性，最短為9.0年，最長為13.6年。從黑子數的多寡以及太陽10.7厘米射電流量的變化，就能很容易看出太陽活動的這種周期變化。黑子相對數的年均值的極大和極小年份，分別稱為太陽活動的極大年（峰年）和極小年（谷年）。通常，也將黑子相對數年均值相對高的太陽活動極大年和其相鄰的幾年，稱為太陽活動高年；黑子相對數年均值相對較少的太陽活動極小年和其相鄰的幾年，稱為太陽活動低年。兩次相鄰極小年之間為一個太陽活動周。
本圖中給出了之前歷年的太陽黑子數，並在此基礎上進行了平滑擬合，給出了之後的太陽黑子數預測（2015年8月以後）。圖中可以根據曲線的波峰波谷關係，清晰地看出太陽黑子活動的周期性。圖片來源：NASA
未完待續……
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