太陽活動(dòng)

太陽是一顆基本穩(wěn)定的恒星。它的輻射總量（其中大部分是可見光）變化很小,。然而,，它的外層大氣由于受到太陽磁場(chǎng)的支配，處于局部的激烈運(yùn)動(dòng)中,。太陽活動(dòng)是太陽大氣中局部區(qū)域各種不同活動(dòng)現(xiàn)象的總稱,。

從某種意義上說，太陽活動(dòng)可以通俗地比喻為太陽的“天氣變化”,，它使得太陽輻射在紫外線和X射線波段,，有大幅度的起落。太陽黑子是太陽活動(dòng)的基本標(biāo)志,。

黑子

在各種太陽活動(dòng)現(xiàn)象中,，最為醒目也最容易觀測(cè)到的現(xiàn)象就是太陽黑子。黑子是出現(xiàn)在太陽明亮光盤 上的暗色斑點(diǎn),。中國(guó)是世界上首先發(fā)現(xiàn)太陽黑子的國(guó)家,。在《漢書五行志》中記載：“日出黃，有黑氣,。大如錢,，居日中?！庇涊d的是公元前28年5月10日的黑子活動(dòng),。主要性質(zhì)： （1）中心溫度比周圍太陽表面低。

黑子其實(shí)不黑,，只是中心溫度較低（約為4500度）,，在明亮的光球反襯下才呈現(xiàn)黑色。黑子的大小不一,，最大者可達(dá)地球直徑的兩倍,。

（2）黑子常成群出現(xiàn)。

多數(shù)太陽黑子成群結(jié)隊(duì)隨太陽自轉(zhuǎn)移過日面,，每群黑子中通常有前導(dǎo)和後隨黑子之分,。早在伽利略時(shí)代就己發(fā)現(xiàn)觀測(cè)黑子在日面的的運(yùn)動(dòng)，可以找出太陽的自轉(zhuǎn)周期,。黑子持續(xù)時(shí)間從幾小時(shí)到數(shù)月不等,。前導(dǎo)黑子和后隨黑子的磁極性相反，南,、北日球黑子群的極性也恰好相反,。

（3）黑子是太陽表面的強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,。

美國(guó)天文學(xué)家Hale在1908年，利用Zeemann效應(yīng)來測(cè)量太陽表明的磁場(chǎng),，發(fā)現(xiàn)太陽黑子處的磁場(chǎng)約為太陽表面平均磁場(chǎng)的數(shù)百倍,，所以黑子是太陽的強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域。磁周期約為22年,。

（4）太陽黑子周期約為11年,。

如取過去世界各地所觀測(cè)黑子的平均數(shù)目，對(duì)年份作圖,，即可看出太陽黑子的周期性變化,。每一黑子周期長(zhǎng)者可達(dá)13.3年，短的只有7.3年,，而平均值是10.8年,，所以現(xiàn)在最常被引用的黑子周期為11年。

Maunder蝴蝶圖

（5）太陽黑子的分布–Maunder蝴蝶圖（Maunderbutterflydiagram）

研究發(fā)現(xiàn),，在每個(gè)太陽活動(dòng)周開始時(shí),，黑子主要出現(xiàn)在南、北緯度約35°處,，而在每個(gè)太陽活動(dòng)周結(jié)束時(shí),，黑子通常出現(xiàn)在南、北緯度5°處,。以年份為橫軸,，而以黑子出現(xiàn)的緯度為縱軸來畫太陽黑子分布圖，在同一活動(dòng)周中黑子的分布形狀象一只蝴蝶,，稱為Maunder蝴蝶圖,。

耀斑

太陽耀斑是一種最劇烈的太陽活動(dòng)。一般認(rèn)為發(fā)生在色球?qū)又?，所以也叫“色球爆發(fā)”,。其主要觀測(cè)特征是，日面上（常在黑子群上空）突然出現(xiàn)迅速發(fā)展的亮斑閃耀,，其壽命僅在幾分鐘到幾十分鐘之間,，亮度上升迅速，下降較慢,。雖然它只是一個(gè)亮點(diǎn),，但一旦出現(xiàn)，簡(jiǎn)直就是一次驚天動(dòng)地的大爆發(fā),。這一增亮釋放的能量相當(dāng)于相當(dāng)于上百億枚百噸級(jí)氫彈的爆炸,；而一次較大的耀斑爆發(fā)，在一二十分鐘內(nèi)可釋放1025焦耳的巨大能量,。除了日面局部突然增亮的現(xiàn)象外,，耀斑更主要表現(xiàn)在從射電波段直到Ｘ射線的輻射通量的突然增強(qiáng),；耀斑所發(fā)射的輻射種類繁多，除可見光外,，有紫外線,、X射線和伽瑪射線，有紅外線和射電輻射,，還有沖擊波和高能粒子流,，甚至有能量特高的宇宙射線。

耀斑對(duì)地球空間環(huán)境造成很大影響,。太陽色球?qū)又幸宦暠?，地球大氣層即刻出現(xiàn)繚繞余音。耀斑爆發(fā)時(shí),，發(fā)出大量的高能粒子到達(dá)地球軌道附近時(shí),，將會(huì)嚴(yán)重危及宇宙飛行器內(nèi)的宇航員和儀器的安全。當(dāng)耀斑輻射來到地球附近時(shí),，與大氣分子發(fā)生劇烈碰撞,，破壞電離層，使它失去反射無線電電波的功能,。無線電通信尤其是短波通信,，以及電視臺(tái)、電臺(tái)廣播,，會(huì)受到干擾甚至中斷,。耀斑發(fā)射的高能帶電粒子流與地球高層大氣作用，產(chǎn)生極光,，并干擾地球磁場(chǎng)而引起磁暴,。

太陽活動(dòng)研究

太陽活動(dòng)變化的最長(zhǎng)久紀(jì)錄是太陽黑子的變化,。太陽黑子的第一次紀(jì)錄大約是在西元前800年前的中國(guó),，最老的描繪紀(jì)錄約在西元1128年。

在1610年,，天文學(xué)家開始用望遠(yuǎn)鏡紀(jì)錄黑子和它們的運(yùn)動(dòng),，最初的研究聚焦于本質(zhì)和行為。然而,，黑子的物理性質(zhì)直到20世紀(jì)能位被辨認(rèn),，所以觀測(cè)還在持續(xù)中。

在17世紀(jì)和18世紀(jì),，由于黑子的數(shù)目偏低，使得研究受到了阻礙，而現(xiàn)在認(rèn)為是太陽活動(dòng)低潮被延長(zhǎng)的一段期間,，如同所知的蒙德極小期,。

在19世紀(jì)之前,，已經(jīng)有足夠長(zhǎng)的數(shù)值紀(jì)錄可以推斷黑子活動(dòng)的周期性,。

在1845年，普林斯頓大學(xué)的教授約瑟夫·亨利和史蒂芬·亞歷山大使用熱電堆觀測(cè)太陽,，并且確認(rèn)黑子的輻射比周圍地區(qū)的太陽表面為低,；稍后又觀測(cè)到太陽的光斑發(fā)射出的輻射高于平均數(shù)值。

大約在1900年,，研究人員開始探索太陽活動(dòng)和地球上天氣間的關(guān)聯(lián)性,，特別值得注意的是查爾斯·格里利·阿布特的工作，因?yàn)樗谑访芩蓪幪煳奈锢碛^測(cè)所（SAO）領(lǐng)導(dǎo)觀察太陽輻射的變化,。它的團(tuán)隊(duì)必須從發(fā)明測(cè)量太陽輻射的儀器開始,，之后，當(dāng)他成為SAO的領(lǐng)導(dǎo)人時(shí),，他在智利的卡拉瑪建立太陽觀測(cè)站,，以補(bǔ)威爾遜山天文臺(tái)在數(shù)據(jù)資料上的不足。他在273個(gè)月的海耳周期中找出了27個(gè)諧波的周期,，包括7,、13、和39個(gè)月的模式,。他通過城市各個(gè)月的天氣紀(jì)錄,，像是溫度變化與降雨量與太陽活動(dòng)匹配或反對(duì)太陽活動(dòng)的趨勢(shì)，尋找天氣間的關(guān)聯(lián)性,。 隨著樹齡學(xué)的發(fā)展,，像是沃爾多·S.·葛洛克等科學(xué)家注意到樹木的生長(zhǎng)和現(xiàn)存紀(jì)錄上太陽活動(dòng)周期之間的關(guān)聯(lián)性，并且以長(zhǎng)達(dá)世紀(jì)的太陽常數(shù)變化,，推論千年尺度的年代學(xué)也有相似的變化,。

統(tǒng)計(jì)學(xué)上的研究顯示天氣和氣候與太陽活動(dòng)的關(guān)聯(lián)是世紀(jì)性的，數(shù)據(jù)回推至1801年,，當(dāng)威廉·赫歇爾注意到麥子的價(jià)格和黑子紀(jì)錄之間有明顯的關(guān)聯(lián)性,。他們現(xiàn)在以來自表面的網(wǎng)絡(luò)收集和氣象衛(wèi)星觀察的數(shù)據(jù)作全球性高度密集的比對(duì)，以綜合或觀察研究太陽變異的作用如何通過地球氣候系統(tǒng)散布的詳細(xì)過程,，并且/或強(qiáng)迫建立氣候模型,。

太陽風(fēng)和地球磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)

在靠近地球的極區(qū)，晚上常?？梢钥匆娞炜罩虚W耀著絢麗多彩,、變化多端的光帶，這就是極光。極光就是太陽發(fā)射出的高速帶電粒子流到達(dá)地球后,，在磁場(chǎng)的作用下,，與地球兩極地區(qū)高空大氣分子相互作用產(chǎn)生的高能物理現(xiàn)象。觀測(cè)表明,，極光出現(xiàn)的強(qiáng)度和頻繁程度與太陽活動(dòng)的強(qiáng)弱有密切的關(guān)系,。

太陽活動(dòng)會(huì)影響日地空間環(huán)境,，活動(dòng)劇烈時(shí),，地球的大氣和磁環(huán)境也會(huì)發(fā)生改變,，從而影響人類的通訊系統(tǒng)、電力系統(tǒng)等,，甚至?xí)ぐl(fā)自然災(zāi)害,。因此，太陽活動(dòng)對(duì)地球的影響已引起人類的廣泛關(guān)注,，準(zhǔn)確預(yù)報(bào)太陽活動(dòng)已成為當(dāng)今社會(huì)的需要,。

科學(xué)家現(xiàn)在已經(jīng)掌握了太陽活動(dòng)的基本規(guī)律，有能力對(duì)太陽活動(dòng)做出各種時(shí)間尺度的預(yù)報(bào),，例如：

長(zhǎng)期預(yù)報(bào)可預(yù)報(bào)太陽活動(dòng)周的黑子數(shù),；

中期預(yù)報(bào)可提前幾個(gè)月或者幾天預(yù)報(bào)太陽黑子、太陽爆發(fā)等的變化趨勢(shì),；

短期預(yù)報(bào)則可預(yù)報(bào)1—3天的太陽耀斑爆發(fā)事件。

國(guó)際上已成立了太陽活動(dòng)預(yù)報(bào)中心,，中國(guó)在二十世紀(jì)60年代也已形成了太陽活動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)與預(yù)報(bào)網(wǎng),。全球聯(lián)網(wǎng)資源共享、聯(lián)合監(jiān)測(cè),，將進(jìn)一步提高預(yù)報(bào)太陽活動(dòng)的準(zhǔn)確率,。

2011年12月6日，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)天文學(xué)家在京表示,，即將到來的2012年并非太陽活動(dòng)的高峰,，2012年對(duì)于太陽活動(dòng)來說僅僅是一個(gè)普通年，無需因某些影視作品而對(duì)2012年產(chǎn)生恐慌心理,。

科學(xué)界對(duì)太陽活動(dòng)周的編號(hào)大概是從18世紀(jì)開始的,，已經(jīng)進(jìn)入第24周。根據(jù)國(guó)際太陽物理界普遍接受的預(yù)報(bào)結(jié)果,，這個(gè)太陽活動(dòng)周的高峰大概將在2013至2014年之間出現(xiàn),。雖然太陽活動(dòng)正處于逐步增強(qiáng)的階段，但總體強(qiáng)度與過去的周期相比是有所減弱的,。