太陽活動

介紹

太陽黑子、耀斑、射電暴等活動現象的總稱。

人們把發生在太陽大氣中局部區域且時間短暫的偶發性事件，稱為太陽活動。在太陽的低層大氣中，會出現成群的太陽黑子和光斑，高層大氣中會出現日珥、譜斑和日冕凝塊，有時還發生太陽耀斑和日冕物質拋射現象。黑子是日面上的暗黑斑塊，本質上是太陽表面的局部強磁場區（磁場強度為幾千高斯），但其溫度較周圍低，顯得暗黑。光斑是光球層的高溫區，顯得明亮。日珥是突出于太陽表面的火焰狀物。譜斑是色球層的高溫區。日冕凝塊是日冕中的高密度區。耀斑則是太陽大氣中大規模的能量突然釋放現象，也就是太陽爆發，是最劇烈的太陽活動。日冕物質拋射也是一種很劇烈的太陽活動現象。特別是太陽耀斑和日冕物質拋射，由于發射出強烈的太陽X射線和紫外輻射及各種能量的帶電粒子（主要是質子和電子），將會嚴重干擾地球磁場和電離層的正常狀態，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、導航、物理探礦、電力系統，以及氣象和水文等諸多領域。因此，探討太陽活動的規律并設法對其進行預報，具有實際應用價值。?

?觀測發現，上述各種太陽活動現象傾向于發生在太陽大氣中以黑子為中心的局部區域，稱為太陽活動區。一般，當太陽上出現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年瑞士天文學家R.J.沃爾夫提出用黑子相對數表示每天的太陽活動強度。黑子相對數定義為r=10g+f，式中g和f分別為當天日面上黑子群和黑子的數目。長期觀測發現，太陽黑子相對數r的年平均值R具有11年左右的周期性變化。R變化曲線極大點所在年份意味著太陽活動頻繁和強烈，稱為太陽活動極大年；極小點的年份，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，與黑子相對數由極小至極大再變為極小的同時，出現黑子的日面緯度也發生變化。活動周開始時，南北兩半球的黑子分別出現在±30°附近，隨后出現黑子的緯度變小，極大年附近約為±15°，活動周結束時平均緯度約為±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，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的局面。這種日面黑子緯度隨太陽活動周進程變化的規律稱為斯玻勒定律。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。極光是太陽活動產生的高能粒子流轟擊并激發地球大氣原子和分子而造成的發光現象，因此地球上每年發生極光的次數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，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年的雙世紀周期。同時，7500年來的太陽活動并非平穩變化，而是經歷了尚看不出規律性的一系列極大期和極小期。現在太陽活動正處在約從1800年開始的“現代極大期”。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。

宏觀上穩定的太陽為何會出現太陽活動現象一直是天文學重點研究的課題。一般認為，太陽活動是起源于太陽內部的原有弱磁場與太陽自轉相互作用的結果。太陽的自轉赤道區較快，兩極區較慢，稱為較差自轉。理論研究表明，正是這種較差自轉能夠把太陽內部的微弱磁場拉伸放大，形成管狀的強磁場，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，在那里形成局部強磁場區，這就是太陽黑子。而光斑、譜斑、日珥、耀斑和日冕物質拋射等其他太陽活動現象，則是黑子區的強磁場與太陽等離子體相互作用的結果。太陽活動具有11年左右的周期，也可用太陽發電機理論予以解釋。