太阳黑子：它们是什么？为什么发生？

太阳黑子是我们进入太阳复杂内部的窗口。

【太阳黑子是太阳表面较冷的区域，可能引发爆发扰动，如太阳耀斑和日冕物质抛射。（图片来源：NASA/SDO）】

太阳黑子是太阳表面暗的、行星大小的强磁场区域。它们可以产生爆发扰动，如太阳耀斑和日冕物质抛射（CME）。

太阳黑子所表示的区域看起来更暗，因为它们比周围环境凉爽。根据国家气象局（NWS）的数据，中央暗区本影约为6300华氏度（3500摄氏度），而周围光球约为10000华氏度（5500摄氏度）。

由于在太阳表面可见，太阳黑子的频率和强度表明了在太阳磁场驱动为期11年的太阳活动周期中，太阳活动的水平。太阳黑子是我们了解太阳复杂磁性内部的窗口，数百年来它们一直吸引着太阳观测者。

太阳黑子是如何形成的？

根据欧洲太阳望远镜的数据，当磁场从太阳内部深处聚集到表面时，太阳黑子就会形成。它们由中央较暗的区域（称为本影）和周围区域（称为半影）组成。

【太阳黑子由中央较暗的区域（称为本影）和周围区域（称为半影）组成（图片来源：NSO/AURA/NSF.Infographic由Space.com制作）】

虽然科学家们并不完全了解太阳黑子是如何形成的，但研究人员普遍接受美国天文学家霍勒斯·巴布科克（HoraceBabcock）于1961年首次提出的一个理论：太阳黑子是由太阳磁场形成的。

把太阳的磁场想象成一圈圈橡皮筋，一端连在北极，另一端连在南极。根据格林威治皇家博物馆（Royal Museums Greenwich）的说法，由于太阳以不同的速度旋转，赤道的旋转速度比两极快，因此产生了“差速旋转”。

随着太阳的旋转，这些磁环“橡皮筋”缠绕得更紧更复杂。最终，磁场“突然”上升并打破表面。太阳磁场中的这种扰动形成了孔隙，这些孔隙可以生长并结合在一起形成更大的孔隙或原始斑点，最终形成太阳黑子。一组太阳黑子被称为活动区。

据NWS称，活跃太阳黑子区域的磁场可能比地球磁场强2500倍左右。相对而言，强磁场抑制了来自太阳内部的热的新气体的流入，导致太阳黑子比周围的环境更冷、更暗。根据大学大气研究公司（UCAR）的说法，如果你能从太阳上切下一个标准的太阳黑子，并将其放置在夜空中，它就会像满月一样明亮。

太阳黑子有多大？

根据《酷宇宙》（Cool Cosmos）的数据，太阳黑子的平均大小与地球大致相同，但它们的直径可以从数百英里到数万英里不等。

太阳黑子与太阳周期

太阳黑子形成于数天到数周的时间内，可能在表面停留数月后最终消失。

根据美国国家海洋和大气管理局（NOAA）空间气象预测中心的数据，在11年的太阳活动周期（有时称为太阳黑子周期）中，太阳黑子的总数各不相同，太阳黑子活动的峰值与太阳活动的最大值重合，太阳活动的最小值出现黑子间断。

太阳黑子的位置在整个太阳活动周期中也会发生变化。在太阳活动最大期，许多太阳黑子出现在中纬度地区（大约北纬30度，南纬30度）。然后，太阳黑子逐渐向赤道移动，在太阳活动极小期几乎没有太阳黑子。甚至有时，在太阳活动极小期，看不到太阳黑子。

【图解：在太阳活动最大期，中纬度可以看到大量的太阳黑子，而在太阳活动最小期，赤道可以看到非常少的太阳黑子（有时为零）。】

尽管11年的太阳活动周期相当一致，但在1645年至1715年间，观测到的太阳黑子很少。根据《物理世界》1672年至1699年间，记录的太阳黑子不到50个。相比之下，在“正常”太阳活动极小期，每年通常有12到100多个太阳黑子。

据《泰晤士报》报道，英国天文学家爱德华·沃尔特·蒙德（EdwardWalter Maunder）和妻子安妮（Annie）于1890年从记录中发现太阳活动缺乏后，这段严重减弱的时期被称为“蒙德极小期”。

今天的太阳黑子

太阳正在经历第25个太阳活动周期，在这一周期中，太阳活动正在上升，导致太阳黑子的大量出现。要了解今天太阳黑子的样子，请查看太阳和日光层天文台（SOHO）的观测页面。

谁发现了太阳黑子？

关于谁发现了太阳黑子有一些争论。据钱德拉X射线中心（Chandra X-ray Center）称，最早的太阳活动记录来自公元前800年左右的中国天文学家。钱德拉X射线中心(Chandra X-ray Center)称，中国和韩国天文学家经常观测到太阳黑子。然而，目前还没有已知的此类观察的早期例证。

已知最早的太阳活动图出现在许多年后的1128年，在《伍斯特纪事约翰》中。伍斯特写道：“罗马人皇帝洛萨（Lothar）第三年，英国国王亨利（Henry）第二十八年……12月8日，星期六，从早到晚出现了两个黑球，对着太阳。”。

就在伍斯特描述了一个巨大的太阳黑子群五天后，韩国天文学家报告说，他们观察到一个红色的蒸汽“在天空腾飞，布满天际”，这说明在相对低纬度地区存在北乌罗拉（aurora borealis:立陶宛语，即常说的北极光）

1610年，英国天文学家托马斯·哈里奥（ThomasHarriot）在望远镜的帮助下，根据美国国家航空航天局（NASA）的数据，用笔记和草图详细地描述了他的太阳观测结果。他的画是已知最早的太阳黑子图像记录。

一年后，大卫和约翰·法布里修斯（David and Johannes Fabricius）（父子）独立发现了太阳黑子。几个月后，约翰内斯·法布里修斯（JohannesFabricius）发表了名为“关于太阳中观察到的黑子及其与太阳的明显旋转”的相关文章，成为西方第一个发表黑子相关内容的人。

据美国国家航空航天局（NASA）称，1611年同时有另外两个独立的太阳黑子发现。伽利略·伽利雷（Galileo Galilei）和耶稣会士克里斯托夫·谢纳（Christoph Scheiner）就谁应该因发现太阳黑子而获得荣誉展开了竞争。争吵的天文学家并不知道，数百年前就已经观测到并记录到了太阳黑子，因此他们之间的宿怨是徒劳的。

【图为伽利略·伽利雷（Galileo Galilei）】

观测太阳黑子

【使用正确的设备和护目镜可以观察到太阳黑子。如果没有特殊的保护，千万不要看太阳。（图片来源：Allexandar via Getty Images）】

未经特殊保护，切勿使用双筒望远镜、望远镜或肉眼直视太阳。天文摄影师和天文学家使用特殊的滤镜来安全地观察太阳。这是我们如何观测太阳的安全指南。

太阳黑子已经被观测了数百年，但对于希望更多地了解太阳周期并评估太阳耀斑和日冕物质抛射等空间天气风险的科学家来说，黑子仍然是他们关注的焦点。

如果没有日本天文学家小山久子（Hisako Koyama）的工作，我们目前的太阳活动图像就不会那么清晰。1947年至1996年，Koyama使用一台20厘米（8英寸）的折射望远镜，在东京国家自然科学博物馆的屋顶上绘制了太阳黑子的草图。根据发表在《空间天气》杂志上的一篇关于她的工作的报道，40多年来，Koyama进行了10000多次太阳黑子观测，这些观测很好的促进了太阳科学，并加强了我们对空间天气的理解。

如今，美国国家海洋和大气管理局（NOAA）空间天气预报中心的科学家每天分析太阳黑子区域，以了解其威胁。他们监测并记录太阳黑子大小、数量和位置的变化，以评估活动区域发生太阳耀斑和CME的可能性。

位于比利时的皇家天文台——太阳黑子指数和太阳观测世界数据中心也长期跟踪太阳黑子并记录太阳周期的高低，凭借评估太阳活动来改进空间天气预报。

科学家对太阳黑子群进行分类，以评估哪些黑子更有可能引发太阳耀斑或CME。为了做到这一点，加利福尼亚州威尔逊山天文台的研究人员根据Space Weather Live提出了一组太阳黑子群的分类。

每天，太阳黑子都会被计数，并接受磁分类和黑子分类。Space Weather Live表示，另一个分类系统是基于苏里奇/麦金托什系统（Zürich/McIntosh system），旨在对太阳黑子进行分类，以告知科学家太阳黑子的复杂性和大小会持续多久。

其他资源

如果你对自己观察太阳黑子感兴趣，你可以看看如何制作自己的针孔查看器，这样你就可以自由地观察太阳。通过国家学校天文台了解更多关于太阳黑子和太阳自转的信息。阅读更多关于太阳黑子历史以及围绕其“发现”的争议，了解莱斯大学的伽利略项目，Space Weather Live这样说道。

BY: forty-seven

FY: Perseids

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