科普太阳黑子

科普太阳黑子 作者:樊忠玉 我们的太阳其实只是看起来宁静，而实际上却时时刻刻都存在着各 种剧烈活动，太阳黑子就是一种最为常见的活动现象。中国是世界上公认最早观测记录太阳黑子的国家。《汉书?五行志》对公元前28年的大黑子有着详细记载: “汉成帝河平元年三月乙未，日出黄，有黑气，大如钱，居日中央”。这一记载不但表明了黑子出现的日期，而且说明了黑子的大小、形状和位置。 1. 太阳黑子的结构 太阳黑子特写，注意其中深黑色的就是本影，周围淡黑色的纤维状结构即为半影 太阳黑子是经常出现在日面光球层的暗黑斑点，是典型的太阳活动现象的表现。发展完全的黑子通常是由较黑的“本影”核和周围较本影亮的“半影”组成。黑子显得黑，实际上并非绝对的黑，从黑子光谱 0分析得出，黑子的温度比明亮的光球温度低1500C左右，磁场强度可达三四千高斯。。 太阳黑子经常成群出现，其大小很不相同，有的小到刚刚可以看到，有的却比地球大上十余倍。大黑子群通常是由几十个大小不等的黑子组成，黑子越大，寿命越长。 【小知识】 太阳黑子的磁场 按太阳自转的方向，对成群出现的黑子，西面的称为前导黑子，东面的称为后随黑子。它们的磁场正好相反，一个为南极(S极)，另一个就为北极(N极)。南北半球的前导黑子的极性正好相反。 2.太阳黑子的投影观测 由于太阳光十分强烈，因此绝对不可以直接通过望远镜的目镜去看太阳～要观测太阳黑子，除使用专业的太阳滤光片之外，通常还可以采用投影观测的方法。 在望远镜目镜的后面安装一块投影板，并在投影板上放上太阳黑子记 录纸，让通过望远镜的太阳光在投影板上成像，调节焦距，使日面边缘轮廓清晰。 在望远镜不跟踪的条件下，进行东西线校准，使图纸上的东西线与太阳黑子的视运动方向平行，在量度太阳黑子的日面经度和纬度时，它是基本参考线。 描画太阳黑子图。 然后让望远镜跟踪太阳，观测者用铅笔把太阳黑子在记录纸上的位置、形状和数目按本影 和半影仔细地描绘下来，不可忽略或遗漏微小的黑子。描绘黑子图时务必求真求实。记录做好后，再记录黑子的个数和群数，它所在太阳表面的经纬度，以及观测时 间、天气状况、地球大气的清晰度和记录者等，这样才算是较完整的记录了太阳黑子观测过程。通常使用的标准太阳黑子记录纸上太阳圆盘的直径大小为17.4公 分。 [注意] 太阳光经过望远镜聚焦后，就如同光经过放大镜一样，聚焦点产生高热，可致物体燃烧或使人眼失明。因此在太阳黑子投影观测中，绝对不可以用眼睛直接从望远镜观测太阳～ 3.太阳黑子的照相观测 拍摄太阳光球像，常用两种办法。一种办法是用专门拍摄太阳像的太阳照相仪，直接拍摄 物镜焦面处的光球像;另一种办法是拍摄投影光球像。拍摄时为减弱太阳光，在物镜前应加光阑和加中性滤光片或黄色滤光片，光阑直径以不超过物镜口径的十分之 三为好。底片选择灵敏度不高、感光乳胶颗粒细的底片为宜。一般露光时间选在1/100秒至1/500秒之间，一般采用二次放大拍摄法及可获得良好的太阳黑 子照片。 太阳照相仪 太阳黑子目视观测比较适用于确定黑子数，而照相法则可以记录下更多的细节，由它所确 定的黑子面积也较目视描图所测定的面积更为准确。因为光球表面上有临边昏暗、米粒组织、光斑、黑子，黑子又有精细结构，彼此之间温度互有差异，所以要在同 一照片上使上述各现象都呈清晰状态，是一个比较具有挑战性的工作。 4.太阳黑子群的分类 长期观测太阳黑子，会发现黑子有时单个出现，有时成双成对出现，甚至有时成群地出 现。太阳黑子的出现有时多，有时少，而且形状、大小也不一样。按照黑子的形状大小，由简单到复杂的变化，现在各国常使用苏黎世分类法，根据黑子群诞生以后 的发展形态，可将黑子群按大小和复杂程度来分类。A表示最小的单个黑子或小黑子群;F为最大和最复杂的黑子群。这种分类法描写了大多数黑子群的历史，它们 开始是A型黑子，发展成最大的E或F型，最后作为J型而结 个例子，下面的尺度表示太阳经度。 束。每一种类型的黑子给出4 苏黎世太阳黑子群分类 [知识拓展] 苏黎世太阳黑子分类法 由瑞士苏黎世天文台瓦尔德内尔于1938年提出的。他按黑子群的发展过程将其分为9个类型，用大写拉丁字母表示: A 无半影的黑子或单极小黑子群; B 无半影的双极黑子群; C 类似B的双极群，但其中有1个主要黑子有半影; D 双极群，2个主要黑子都有半影，其中有1个黑子是简单结构。东西方向延伸小于10?; E 大的双极群，结构复杂，2个主要黑子都有半影。东西方向延伸不小于10?; F 很大的双极群或很复杂的黑子群。东西方向延伸不小于15?; G 大的双极群，只有几个较大的黑子，而没有小黑子，东西延伸不小于10?。 H 有半影的单极黑子或黑子群，有时也具有复杂结构，直径大于2?.5; J 有半影的单极黑子或黑子群，直径小于2?.5。 [知识拓展] 太阳黑子相对数:用 于表示太阳黑子活动程度的一种指数。由瑞士苏黎世天文台的沃尔夫于1849年提出，其定义为:R=K(10g+f)，式中R为黑子相对数，g为日面上观测 到的黑子群数目，f为观测到的单个黑子的总数，K为转换因子，因观测地点、条件、仪器而不同，规定以苏黎世天文台的观测值为1，其它观测地点需以实际观测 到的(10g+f)与苏黎世天文台发布的数值做比较后得到该地的转换因子。 5.从太阳黑子的运动看太阳自转 在实际观测中我们会发现，连续几天观测同一个黑子群时，它每天在日面上的位置不同，并且可以明显地看出它是由东向西(在地球上看)移动着，而且纬度越高移动越慢。这是太阳较差自转所造成的。除此之外，太阳黑子自己相对于光球背景也有缓慢的运动和结构形态的变化。 从逐日拍摄的日面照片可以看到太阳黑子在日面上的运动 [知识拓展] 日面坐标 太阳日面上的位置常用日面经度L和日面纬度φ来表示。日面纬度由赤道量起，向北为正，用“N”或“+”表示，向南为负，用“S”或“-”表示。日面经度由格林尼治天文台1854年规定的本初子午圈量起，向西计量，由0?,360?。 6.太阳黑子周期——美丽的蝴蝶图 分析长期的太阳黑子观测资料，发现有的年份每天出现的黑子数比较多，有的年份则比较少，统计表明太阳黑子相对数的年平均值有一个周期性的变化，11年左右为一个周期，称为太阳黑子周。附图绘出了从1900年至2002年的太阳黑子相对数年平均值的变化情况。 太阳黑子相对数年度平均值随年份的变化 太阳黑子在11年的周期变化中，除了数量的改变，还有纬度分布的变化。太阳黑子周期 在开始时，通常出现在高纬度(40,50度)之间，随着数量的增加，黑子出现处的纬度逐渐向太阳赤道接近，当在11年周期即将结束时，太阳黑子通常出现在 赤道附近，而且数量稀少。当太阳黑子又出现在高纬度时，就意味着新一轮的太阳周开始了。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 们就得到一幅美丽的“蝴蝶”形图。尽管太阳黑子是一个古老的话题，但它的奥妙到现在还远没有认识清楚。 反映太阳黑子活动规律的蝴蝶图 太阳活动周期的发现至今已有一个半世纪的历史。值得一提的是，它的发现者不是职业天文学家，而是英国的天文爱好者卡林顿。 [思考与讨论] 太阳黑子是怎样产生的,它为什么看起来是黑的, 用你观测的太阳黑子资料，预测未来哪几年会出现太阳黑子活动高峰,