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主题：【系列】太阳黑子，行星和地球气候（0）引子 -- PBS
太阳黑子是在太阳的光球层上发生的一种太阳活动，是太阳活动中最基本，最明显的活动现象。一般认为，太阳黑子实际上是太阳表面一种炽热气体的巨大漩涡，温度大约为4500K（热力学温标单位，就温差而言，1K等于1℃）。因为比太阳的光球层表面温度要低，所以看上去像一些深暗色的斑点。太阳黑子很少单独活动。黑子经常成对或成群出现，其中由两个主要的黑子组成的居多。位于西面的叫做“前导黑子”，位于东面的叫做“后随黑子”。
今天（2010年3月7日），太阳表面平静，只有南北半球各一个孤零零的太阳黑子在冒泡，非常罕见的非成对成堆现象（我们将讨论这个特殊现象）。
黑子像是一个浅盘，中间下凹。
1840年代德國的一位業餘天文學家發現了太陽黑子10─11年的周期變化規律。通過長期的觀測，人們還發現太陽黑子在日面上的活動隨時間變化的緯度分佈也有規律性。一開始，幾乎所有的黑子都分佈在±30°的緯度內，太陽活動劇烈時，它往往出現在±15°處 ，並逐步向低緯度區移動 ，在±8°處消失。在上一個周期的黑子還沒有完全消失時，下一個周期的黑子又出現在±30°緯度附近。如果以黑子的緯度為縱坐標，以時間為橫坐標，繪出的黑子分布圖很像蝴蝶，因而稱作蝴蝶圖或芒德圖。
美国天文学家巴布柯克 1961年提出的较差自转—磁场增强—磁力线束上浮的学说,60年代后期，美国太阳物理学家莱顿对巴布柯克学说作了修改，使其更加完善，因而该学说常被称为巴布柯克—莱顿学说:
(1)不管是太阳具有原始磁场还是带电物质在太阳内部运动产生磁场，或者什么其他方式产生磁场，对于解释太阳黑子周来说，在太阳黑子周开始之前肯定有一种磁场，这种磁场不应很快被衰减或消失掉，而应有利于形成太阳黑子磁场。这个学说认为，在太阳黑子周开始之前，在太阳的相对浅的层内有南北方向的磁场存在，磁感线沿着太阳经度线的走向把太阳南北极区连接起来。同时，磁感线在太阳的一个极区穿出，经过太阳体外的空间从另外一个极区再穿人太阳，形成一条条无头无尾的圈状结构.
(2)在磁感线存在的这层太阳物质有很高的导电性而且不停地运动着。这种条件下的磁感线不能随意运动，只能跟着物质一起运动，物质也不能横穿磁感线，就好像磁感线与物质彼此“冻结”在一起一样。这时，如果因运动而使磁感线像牛皮筋一样被拉长，磁场强度也就被加强。从实际的观测已知太阳表层有较差自转运动，赤道区转动最快，纬度越高的区域转动越慢。因此，太阳的较差的自转运动不但会携带着磁感线一起运动，而且会把磁感线从南北方向拉向赤道方向，时间越长，磁感线缠绕着太阳的次数越多，磁感线也就拉得越长，相应地区的磁场也就越强，至此，磁感线仍在太阳光球之下，但磁场强度随纬度的增加变得更强。
3)物理学的研究告诉我们，导电的流体在磁场中会受到一种浮力，磁场强的区域比磁场弱的区域受到的浮力大。太阳的较差自转使高纬区域比低纬区域有更强的磁场，然而与磁场“冻结”在一起的物质还会受其他杂乱运动的影响，使磁感线在某些局部区域更密或更稀，导致了同一纬度的同一束磁感线也不是完全均匀的，而是某些处有更强的磁场，受到更大的浮力。当浮力大于重力时，该处的磁感线就会随同物质上升，穿过光球，浮出光球表面，这时虽然穿出光球的磁感线并未断开，这束磁感线留在光球表面的“双足”却成了我们观测到的黑子。
沿着这束磁感线巡视，它穿出光球的地方的黑子具有 N磁极性，穿入处的黑子磁极性为S，自然形成了偶极黑子群。黑子群从高纬到低纬先后出现的次序，也解释了“蝴蝶图”的形成，以及偶极群中先导黑子的纬度比后随黑子的纬度低和南北半球偶极群黑子极性分布相反的规律.
(4)太阳黑子周开始时，浮出的磁感线段在高纬而且数量少，随着黑子周的推进浮出的黑子越来越多，达到一个极大期，然后是黑子数的减少。在黑子周的前半周里。高纬度的偶极群的后随部分逐渐向极区扩散，因其与所在半球的极区的磁极性相反，不断与极区磁场中和而使极区磁场减小。 在黑子周达到极大时，极区磁场被全部中和掉，接着开始了极区的极性反转.
下面请大家看个动画描述太阳黑子形成过程。
1859年9月1日，两位英国的天文学家分别用高倍望远镜观察太阳。他们同时在一大群形态复杂的黑子群附近，看到了一大片明亮的闪光发射出耀眼的光芒。这片光掠过黑子群，亮度缓慢减弱，直至消失。这就是太阳上最为强烈的活动现象——耀斑。
耀斑的显著特征是辐射的品种繁多，不仅有可见光，还有射电波、紫外线、红外线、x射线和伽玛射线。耀斑向外辐射出的大量紫外线、x射线等，到达地球之后，就会严重干扰电离层对电波的吸收和反射作用，使得部分或全部短波无线电波被吸收掉，短波衰弱甚至完全中断。
动画：太阳表面耀斑的形成。
太阳活动造成的太阳磁场变化和耀斑辐射对地球磁场和地球周边空间必然会造成某些影响。
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- 相关回复 上下关系8
🙂如何看？ 拿不准 字37 2010-03-09 00:19:10
🙂这个数量级太小了点 7 PBS 字383 2010-03-09 07:30:17
🙂大胖子沙发 大胖子 字0 2010-03-08 00:45:02
🙂【系列】太阳黑子，行星和地球气候（1）太阳黑子起源
🙂【讨论】这个地方不太明白 绛魂碧魄 字122 2010-04-30 10:05:04
🙂还是来一张动态图解释比较明了 1 PBS 字65 2010-05-01 03:43:23
😮【讨论】哦明白了 绛魂碧魄 字175 2010-05-05 11:08:08
🙂这是个看图的问题，看东西怎么看的问题 PBS 字1081 2010-04-30 10:59:29