什么是太阳黑子？

当我们用望远镜观察太阳时，总会发现太阳表面有一些黑色的斑点，天文学的术语称它们为太阳黑子。太阳自转时会带动这些黑子一起运动，正是这些黑子让我们得出太阳的自转周期，如圆面中央的黑子6天后会移动到西部边缘去，接着消失不见；大约半个月后，这个黑子会出现在东部边缘上。

太阳黑子是在太阳的光球层上发生的一种太阳活动，是太阳活动中最基本、最明显的。一般认为，太阳黑子实际上是太阳表面一种炽热气体的巨大漩涡，温度大约为3000-4500℃。因为其温度比太阳的光球层表面温度要低1000℃到2000℃（光球层表面温度约为6000℃），所以看上去像一些深暗色的斑点。

黑子有大有小，而且有着很大区别，小的需要使用最好的望远镜才能看见，而大的通过涂黑的玻璃加肉眼就能看见。它们总是成群出现，所以肉眼可以很容易地看见黑子集团，但却难以看见单粒黑子。单个黑子的直径可能达到8万千米，黑子群则能够占据太阳表面圆盘的1/6。

太阳耀斑是一种最剧烈的太阳活动。周期约为11年。一般认为发生在色球层中，所以也叫“色球爆发”。其主要观测特征是，日面上（常在黑子群上空）突然出现迅速发展的亮斑闪耀，其寿命仅在几分钟到几十分钟之间，亮度上升迅速，下降较慢。特别是在耀斑出现频繁且强度变强的时候。2014年10月22日，太阳表面释放一个超级太阳耀斑，被命名为“AR12192”，其面积比地球大14倍，接近于木星。它的等级达到X1.6级，是迄今太阳动力学天文台观测到最明亮的太阳耀斑。

黑子群会慢慢地发展，一般与太阳赤道的圈子平行。从太阳的自转方向上看，领头的黑子一般是黑子群中体积最大、寿命最长的成员，往往其他黑子都消失了，它还依然存在。黑子群中最后形成的往往比较大，运动后黑子群经常只剩下几个单独的成员。黑子中央的黑暗部分称为“本影”，边缘比较亮的部分称为“半影”。在分散时，黑子会分裂成一些不规则的碎片。

中国对黑子的观测可以向前追溯到《周易》中所说的“日中见斗”和“日中见沫”，但准确记录出现在汉成帝河平元年，即公元前28年；而西方直到1611年，伽利略才通过望远镜观察到的太阳黑子得知，太阳黑子的出现频率有着某种规律性，周期约为11年。某些年份太阳表面的黑子较少，甚至是完全消失，1912年和1923年就是如此。第二年，黑子开始出现，之后缓慢地增加，大约5年后到达顶峰时刻。此后，又开始一年年减少，直到彻底消失。然后，开始黑子运动会进入新的循环。伽利略时代，人们就发现了这个变化过程，但直到1843年，施瓦布才确定了黑子的循环周期。

1880年—2010年太阳黑子数年平均值的演变太阳黑子数目的变化周期属于11年循环周期之一，太阳和地球上的许多现象都要服从这种周期：黑子数量最多的时候常常会出现“日珥”；随着黑子数目的变化“日冕”的形状也会略有不同；地球上的“磁暴”——扰乱无线电信号传输、破坏精密的电子设备的罪魁祸首——与黑子的强度大小和出现频率相一致；“极光”在黑子数量最多时频繁出现，而且无比壮观；地球上的气候也会受到该周期的些许影响。

显然，太阳磁场的活动对太阳黑子的形成及其周期性起到了巨大作用。当前太阳发电机理论非常热门，科学家想要研究清楚太阳对流层中的流体运动与磁场的相互作用，然后以此解释太阳磁场怎样维持以及如何影响到太阳黑子的周期性。1919年，拉莫尔发表了太阳发电机概念；1955年，帕克发表了自激发电机理论，为湍流发电机理论的提出奠定了物理学的基础。这种理论认为，太阳黑子出现的太阳活动区往往磁场很强，而且在内部作用下会形成周期性振荡，这使得表面磁场也会出现些微变化。

并不是整个太阳表面都有黑子，它们的分布有着一定的规律，总是集中散布在太阳的某些纬度部分上。太阳赤道上很难见到黑子，但赤道的南北方向逐渐增多，南北纬的15度到20度的地方黑子数目最多，接着慢慢减少，30度之上已经很少见了。

另一方面，太阳表面不仅有黑子活动，还常常出现比光球更亮的斑点，这些斑点往往出现在黑子附近，它们叫做“耀斑”。

黑子的出现表示太阳上有了风暴，这类似于地球上的飓风，只是剧烈了许多倍。太阳漩涡中的灼热气体快速上升，到达压力比较小的光球层后就会喷发出来，迅速穿透并冲出表面。这种膨胀促使周围的温度快速下降，同时削弱了此区域的光辉，这就形成了太阳黑子。实际上，菌状漩涡的平顶依然会很热很亮，只是与周围平静的太阳表面相比温度低一些，所以看起来比较暗淡。

由于自转运动，地球上的所有漩涡（包括飓风）会在北半球逆时针转动，而在南半球则顺时针转动。太阳黑子与其相似，太阳赤道南部和北部的黑子的旋转方向是相反的，所以很容易观测出太阳的自转方向。不过，与地球上的风暴相比，太阳上的风暴显得复杂很多，因为领头黑子的旋转方向和随从黑子的旋转方向往往相反，而这之后生成的黑子的旋转方向受到已经存在的黑子群的影响，使情况变得更加复杂。

由于太阳黑子漩涡中心的压力比较低，所以周围的空气都会被引向中心，这导致其在下降过程中依然旋转。

100多年前，美国的海尔和法国的德朗德两人都独立发明了太阳单色光照相仪。它可以连接在望远镜上，为某个特定元素发出的光照相，如钙光或者氢光。当用这种仪器为太阳进行氢光摄影时，可以拍到“谱斑”的照片，它可以显示出太阳黑子附近存在的漩涡。

20世纪60年代之后，为了消除大气层对太阳观测的不良影响，空间探测器和各种人造卫星接连发射升空，如太阳辐射监测卫星、轨道太阳观测站、国际日地探险者、太阳峰年探测卫星，等等。这些装配着各种精密仪器的卫星使科学家可以全方位、多角度地仔细研究太阳，其中对黑子周期现象的观测，让我们取得了许多有价值的科研成果。在这些卫星的帮助下，科学家能够准确地预测何时会出现太阳黑子和耀斑，从而及时预防磁暴对电子设备造成的损害和破坏。