太陽活動

介紹

太陽黑子、耀斑、射電暴等活動現(xiàn)象的總稱。

人們把發(fā)生在太陽大氣中局部區(qū)域且時間短暫的偶發(fā)性事件，稱為太陽活動。在太陽的低層大氣中，會出現(xiàn)成群的太陽黑子和光斑，高層大氣中會出現(xiàn)日珥、譜斑和日冕凝塊，有時還發(fā)生太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射現(xiàn)象。黑子是日面上的暗黑斑塊，本質(zhì)上是太陽表面的局部強(qiáng)磁場區(qū)（磁場強(qiáng)度為幾千高斯），但其溫度較周圍低，顯得暗黑。光斑是光球?qū)拥母邷貐^(qū)，顯得明亮。日珥是突出于太陽表面的火焰狀物。譜斑是色球?qū)拥母邷貐^(qū)。日冕凝塊是日冕中的高密度區(qū)。耀斑則是太陽大氣中大規(guī)模的能量突然釋放現(xiàn)象，也就是太陽爆發(fā)，是最劇烈的太陽活動。日冕物質(zhì)拋射也是一種很劇烈的太陽活動現(xiàn)象。特別是太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射，由于發(fā)射出強(qiáng)烈的太陽X射線和紫外輻射及各種能量的帶電粒子（主要是質(zhì)子和電子），將會嚴(yán)重干擾地球磁場和電離層的正常狀態(tài)，甚至影響到地球的低空大氣，從而影響到人類的航天活動、無線電通信、導(dǎo)航、物理探礦、電力系統(tǒng)，以及氣象和水文等諸多領(lǐng)域。因此，探討太陽活動的規(guī)律并設(shè)法對其進(jìn)行預(yù)報，具有實(shí)際應(yīng)用價值。?

?觀測發(fā)現(xiàn)，上述各種太陽活動現(xiàn)象傾向于發(fā)生在太陽大氣中以黑子為中心的局部區(qū)域，稱為太陽活動區(qū)。一般，當(dāng)太陽上出現(xiàn)的黑子群和黑子較多時，其他各種太陽活動也增多。就是說可用黑子群和黑子多寡來代表太陽活動的平均水平。1848年瑞士天文學(xué)家R.J.沃爾夫提出用黑子相對數(shù)表示每天的太陽活動強(qiáng)度。黑子相對數(shù)定義為r=10g+f，式中g(shù)和f分別為當(dāng)天日面上黑子群和黑子的數(shù)目。長期觀測發(fā)現(xiàn)，太陽黑子相對數(shù)r的年平均值R具有11年左右的周期性變化。R變化曲線極大點(diǎn)所在年份意味著太陽活動頻繁和強(qiáng)烈，稱為太陽活動極大年；極小點(diǎn)的年份，稱太陽活動極小年。相鄰兩個極小年間的時段稱為一個太陽活動周。規(guī)定以1755年（極小年）開始為太陽活動第一周。從2019年開始的太陽活動第25周，估計其極大期在2025年附近。

在一個太陽活動周中，與黑子相對數(shù)由極小至極大再變?yōu)闃O小的同時，出現(xiàn)黑子的日面緯度也發(fā)生變化?；顒又荛_始時，南北兩半球的黑子分別出現(xiàn)在±30°附近，隨后出現(xiàn)黑子的緯度變小，極大年附近約為±15°，活動周結(jié)束時平均緯度約為±8°。而且，每一活動周的末尾，新周的黑子又開始在±30°附近出現(xiàn)，形成在一年左右的時間里，舊周黑子在低緯和新周黑子在高緯同時出現(xiàn)的局面。這種日面黑子緯度隨太陽活動周進(jìn)程變化的規(guī)律稱為斯玻勒定律。如果以時間為橫軸和黑子緯度為縱軸作圖，將會得到一串蝴蝶形的圖樣，稱為蒙德蝴蝶圖。

用望遠(yuǎn)鏡觀測太陽黑子只有300多年，但中國史書上公元前43年至公元1638年就有112次肉眼目視黑子的記錄。極光是太陽活動產(chǎn)生的高能粒子流轟擊并激發(fā)地球大氣原子和分子而造成的發(fā)光現(xiàn)象，因此地球上每年發(fā)生極光的次數(shù)也間接反映了太陽活動的水平。利用這些珍貴的目視黑子記錄和全世界記錄到的極光頻數(shù)，可推測近2000年來的太陽活動變化。此外，通過測定古樹年輪中放射性同位素碳-14含量也可推測出近7500年來太陽活動的大致情況。這些研究表明，除了明顯的11年周期外，太陽活動似乎還存在平均長度為80多年的周期和200年的雙世紀(jì)周期。同時，7500年來的太陽活動并非平穩(wěn)變化，而是經(jīng)歷了尚看不出規(guī)律性的一系列極大期和極小期?，F(xiàn)在太陽活動正處在約從1800年開始的“現(xiàn)代極大期”。而離此最近的是1460～1550年的“斯玻勒極小期”和1645～1715年的“蒙德極小期”，以及1110～1260年的“中世紀(jì)極大期”。這些太陽活動超長期變化的情況大致得到古氣候資料的證實(shí)。

宏觀上穩(wěn)定的太陽為何會出現(xiàn)太陽活動現(xiàn)象一直是天文學(xué)重點(diǎn)研究的課題。一般認(rèn)為，太陽活動是起源于太陽內(nèi)部的原有弱磁場與太陽自轉(zhuǎn)相互作用的結(jié)果。太陽的自轉(zhuǎn)赤道區(qū)較快，兩極區(qū)較慢，稱為較差自轉(zhuǎn)。理論研究表明，正是這種較差自轉(zhuǎn)能夠把太陽內(nèi)部的微弱磁場拉伸放大，形成管狀的強(qiáng)磁場，稱為磁流管。磁流管具有磁浮力，會逐漸向太陽表面升浮。當(dāng)這些磁流管升浮到太陽表面時，與太陽表面碰撞并拱出表面，在那里形成局部強(qiáng)磁場區(qū)，這就是太陽黑子。而光斑、譜斑、日珥、耀斑和日冕物質(zhì)拋射等其他太陽活動現(xiàn)象，則是黑子區(qū)的強(qiáng)磁場與太陽等離子體相互作用的結(jié)果。太陽活動具有11年左右的周期，也可用太陽發(fā)電機(jī)理論予以解釋。