太阳黑子

　　 黑子在空间环境研究和预报中一直占据着十分重要的地位。日面上黑子数的多少不仅表征了太阳活动水平的高低，以黑子群为中心的太阳活动区还是绝大多数太阳爆发活动的发生源区。黑子群的大小、形态及演化都与太阳爆发活动的发生和强度相关。下文将对黑子的发现、基本规律和特征进行介绍。

黑子的发现

　　黑子是人类最早用肉眼观测到的太阳活动现象。世界上公认最早的黑子记录是我国西汉河平元年（公元前２８年）三月所见，在《汉书•五行志》有明确的记载。1972年长沙马王堆一号汉墓中出土的帛画上方，画着一轮红日，中间蹲着一只乌鸦。据考证，这就是中国古代对太阳黑子现象的艺术描述。然而，人类对太阳的科学认识直到17世纪初才开始。

　　1610年，意大利天文学家伽利略首次用望远镜证实了黑子的存在,这标志着人类对太阳的认识从图腾崇拜开始走向科学阶段。与伽利略同时使用望远镜观测太阳黑子的还有德国的赛纳尔、荷兰的法布里修斯和英国的哈里奥特。伽利略通过望远镜观测黑子在日面上的轨迹，推断出太阳是自转的。塞纳尔从1611-1625年手绘了一系列黑子图，不仅表现出黑子随太阳自转的演化，更显示出黑子因球面投影效应所产生的变化，半影及本影的区分等。从19世纪开始，人类对太阳和太阳活动的认识开始了飞跃式的发展,对太阳黑子基本上实现了每日的不间断观测，很多重要的黑子活动规律从中被揭示出来。

黑子活动的周期性规律

　　用望远镜断断续续观测太阳的时期持续了近两个世纪，基本上不间断的每日黑子观测记录可追溯到1818年。1843年，德国天文爱好者施瓦布通过自己17年不间断的黑子观测，首次发现日面上黑子的多少存在大约11年的周期性规律。1848年，瑞士天文学家沃尔夫通过搜集历史上的黑子观测记录，确认了施瓦布的这一发现。在面对由不同天文学家使用各种仪器和观测技术得到的黑子观测记录这项令人头疼的任务时，沃尔夫提出用黑子相对数（或叫做沃尔夫数）来表示日面可见半球黑子的多寡。其定义为：R=K(10g+f)，g和f分别表示日面上的黑子群数目和黑子个数，K为因子，其数值会因观测仪器、方法和观测地的环境条件以及观测者的情况而不同。黑子相对数的定义一直使用到今天，它已成为衡量太阳活动水平高低的重要参数。

　　受施瓦布发现的影响，英国天文爱好者卡林顿通过1853～1861年间的日常黑子观测，首次发现黑子在日面上的纬度位置随时间向赤道方向迁移；德国天文学家古斯塔夫•施波雷尔通过对卡林顿观测数据的进一步分析得到,太阳黑子在日面位置上的迁移呈现蝴蝶图样的分布。在太阳活动周开始时，南北半球黑子群的平均纬度在30度附近，随着时间推移，黑子出现的纬度逐渐向太阳赤道转移，在极大年附近分别是15度左右，在活动周结束时，黑子群的平均纬度约为8度。同时，在每一活动周的末尾，新的黑子群又开始在高纬出现，形成前一周黑子在低纬和新一周黑子在高纬同时存在的情形，这样的情形大约维持一年左右。如果把日面纬度作为纵坐标，以时间作为横坐标，将黑子画到图上，我们就得到一串翩翩起舞的美丽的蝴蝶形图样。

黑子的聚集性

　　黑子喜欢成群出现。日面上经常形成许多黑子群。每个黑子群中的黑子可从一、二个至几十个，每个黑子的大小自几百至几万公里。黑子群的大小则以它在日面上的面积来表示，单位是太阳半球面积的百万分之一。一百个面积单位跟地球面积相当，普通黑子群的面积为几百个面积单位，大黑子群的面积则能达到几千个面积单位。

　　黑子群的演化过程通常由简单变复杂，再变为简单。起初，它是个小黑点，逐渐发展成由两个极性相反的大黑子构成的双极黑子群。两个大黑子间又有很多小黑子，大黑子在逐渐增大的同时，距离越来越大，然后逐渐分裂，最后消失。黑子群寿命短的只有1～2天，长的可达几个月，大部分黑子群的寿命可以持续10～20天。

黑子为什么是黑的？

　　仔细观察黑子可以发现，一个发展成熟的黑子是由中心颜色暗黑的部分和其周围淡黑的部分组成。前者为黑子的本影，后者为黑子的半影。黑子是太阳光球上的低温区，本影区的绝对温度在4000℃左右，半影则为5400℃。所以，黑子其实并不黑，只是因为它的温度比光球低，才在明亮的光球背景衬托下显得黑。

　　导致黑子温度低的直接原因则是因为它自身具有强磁场，磁场强度约在1000～4000高斯之间，比地球上的磁场强度高上一万倍。强磁场能够抑制太阳内部能量通过对流的方式向外传递。所以，当强磁场浮现到太阳表面时，该区域的背景温度缓慢地从5700℃降至4000℃左右，使该区域以暗点形式出现，即黑子产生。
　　长期的观测发现，黑子多的时候，其它太阳活动现象也会比较频繁。黑子附近的光球中总会出现光斑，黑子上空的色球中总会出现谱斑，其附近经常有日珥（暗条）。同时，绝大多数的太阳爆发活动现象也发生在黑子上空的大气中。从太阳大气低层至高层，以黑子为核心形成一个活动中心——太阳活动区。黑子既是活动区的核心，也是活动区最明显的标帜。正因如此，对空间环境的监测和预报离不开对太阳黑子的观测和研究。