太阳是一颗基本稳定的恒星。它的辐射总量(其中大部分是可见光)变化很小。然而,它的外层大气由于受到太阳磁场的支配,处于局部的激烈运动中,称为太阳活动。从某种意义上说,太阳活动可以通俗地比喻为太阳的“天气变化”,它使得太阳辐射在紫外线和X射线波段,有大幅度的起落。
太阳活动的形式是多种多样的,但主要包括以下几种类型:
太阳黑子 在各种太阳活动现象中,最为醒目也最容易观测到的现象就是太阳黑子。黑子是出现在太阳明亮光盘上的暗色斑点(图5)。我国是世界上首先发现太阳黑子的国家。在《汉书 五行志》中记载:"日出黄,有黑气。大如钱,居日中。"记载的是公元前28年5月10日的黑子活动。
图5 黑子
太阳黑子的主要性质
(1)中心温度比周围太阳表面低。
黑子其实不黑,只是中心温度较低(约为4500度),在明亮的光球反衬下才呈现黑色。黑子的大小不一,最大者可达地球直径的两倍。
(2)黑子常成群出現。
多数太阳黑子成群结队随太阳自转移过日面,每群黑子中通常有前导和後随黑子之分。早在伽利略时代就己发现观测黑子在日面的的运动 ,可以找出太陽的自转周期。黑子持续时间从几小时到数月不等。前导黑子和后随黑子的磁极性相反,南、北日球黑子群的极性也恰好相反。
(3)黑子是太阳表面的强磁场区域。
美国天文学家Hale 在1908 年,利用Zeemann 效应来测量太阳表明的磁场,发现太阳黑子处的磁场约为太阳表面平均磁场的数百倍,所以黑子是太阳的强磁场区域。磁周期约为22年。
(4)太阳黑子周期约为11年。
如取过去世界各地所观测黑子的平均数目,对年份作图,即可看出太阳黑子的周期性变化。每一黑子周期长者可达13.3年,短的只有7.3年,而平均值是10.8 年,所以现在最常被引用的黑子周期为11年。
太阳黑子周期
(5)太阳黑子的分布–Maunder蝴蝶图(Maunder butterfly diagram)
研究发现,在每个太阳活动周开始时,黑子主要出现在南、北纬度约35°处,而在每个太阳活动周结束时,黑子通常出现在南、北纬度5°处。以年份为橫轴,而以黑子出现的纬度为纵轴来画太阳黑子分布图,在同一活动周中黑子的分布形状象一只蝴蝶,称为Maunder蝴蝶图。
Maunder蝴蝶图
光斑 用白光观测太阳光球时,一旦出现小黑子,就能在其周围看到一些比宁静光球明亮的小片区,称为光斑。光斑是光球上明亮的斑点,常出现在日轮的边缘,说明它存在于光球的上层,可能是光球上更炽热的气团。光斑一般环绕着黑子,与黑子有密切的关系。
谱斑 谱斑是在色球层中可以经常观察到的比周围明亮的大片明亮区域,处在光斑面上方。温度比周围高,常出现在黑子群和大黑子附近。其面积大小是太阳活动强强的一个标志。
日珥 在日全食时,太阳的周围镶着一个红色的环圈,上面跳动着鲜红的火舌,这种火舌状物体就叫做日珥(图.6),它像是太阳面的"耳环"一样。按运动情况来看,日珥可分为爆发型、宁静型和活动型这样三大类。宁静日珥,在观测时间内似乎是不动的,而活动日珥,则老在不停地变化着。它们从太阳表面喷出来,沿着弧形路线,又慢慢地落回到太阳表面上。但有的日珥喷得很快、很高,它的物质没有落回日面,而是抛射入宇宙空间了,爆发日珥的高度可以达到几十万千米。1938年爆发的一个最大日珥,顷刻间上升到157万千米的高空。地球的直径不过1.3万千米。日饵是巨大的扭曲磁场拖曳着游离的气体所造成的 变化情形可持续数小時到几周或几个月。