太阳黑子是光球上的旋转喷流吗？黑子的奥秘有多少？
文/袁玉刚
黑子是太阳光球上出现的暗黑斑点，是太阳活动的基本标志之一。因为中间下凹部分呈现黑色，所以叫黑子。天文学家们知道黑子的形成与太阳磁场有密切的关系，但到底是如何形成的，还没有找到确切的答案。
世界上最早的有关太阳黑子的记录是中国公元前140年前后的《淮南子》：“日中有踆乌。”《汉书·五行志》中对公元前28年出现的黑子记载则更为详细：“河平元年……三月乙未，日出黄，有黑气大如钱，居日中央。”到明朝崇祯年间，大约记载了100多次有明确日期的太阳黑子的活动。
1904年，英国皇家格林威治天文台太阳部沃尔特·蒙德尔（E·W·Mounder）夫妇发表了自己绘制的太阳黑子蝴蝶图，惟妙惟肖地反映出了太阳黑子的真实面目，揭示出了太阳黑子的活动规律。
图1、现代黑子蝴蝶图
黑子蝴蝶图明确地告诉人们：太阳黑子的活动周期是11年；黑子主要在纬度30°附近出现，逐渐向赤道靠近并消失；成对黑子的磁轴与赤道夹角为30°。
黑子由较暗的核心──本影和围绕着的较亮的晕环──半影构成。据最新观察，太阳黑子外围是明亮的丝状、低温等离子体气流旋涡，旋涡中心是一个黑色的洞。
黑子具有较强的磁场。磁场强度一般为1000～4000高斯，由中心向边缘逐渐减小。磁场强度与黑子面积成正比。磁力线垂直穿过本影，与半影呈一水平夹角，而逐渐与太阳平面平行。磁力线的扭转和旋涡结构随深度的增加而加强。黑子磁场的极性不同。一般以双极为多。
黑子经常成对或成群出现，位于西面的靠近赤道的叫“前导黑子”，位于东面的叫“后随黑子”。在同一太阳活动周中，前导黑子的极性与后随黑子的极性相反，北半球的前导黑子的极性都相同并且与南半球的前导黑子的极性相反。
黑子具有埃费希德效应，高能粒子沿洞壁上及半影里的磁力线旋转流出或流入。据观察，粒子旋涡位于半影里，本影里物质比较稀薄且透明。黑子周围的气体温度很高。2000年9月的太阳黑子群AR9169的黑子周围围绕着的气体温度高达100万度，而黑子的温度只有4000度。黑子刚刚出现时是一个小黑点，逐步发展成四周密布小黑子的极性相反的两个大黑子，较多的黑子组成黑子群。黑子群上空常常产生一些暗条、日冕凝聚和耀斑等太阳活动现象。黑子在分裂之前会出现跨越本影的亮桥。
黑子的特征表明了黑子的真实结构。证明黑子就是太阳表面上的旋转着的高速粒子喷流。这种旋转喷流从光球内喷出，又落回光球，在光球表面形成黑洞似的只有磁力线没有粒子的本影和洞边缘的既有磁力线又有粒子的半影。磁力线主要集中在本影里，粒子旋涡则位于半影里，高能粒子沿洞壁上及半影里的磁力线运动。如果旋转喷流原地落回，就会形成单极黑子。如果旋转喷流落向后方，就会形成成对黑子。如果旋转喷流能量特大且落向后方，就会形成成对大黑子群，中心的黑子面积大太阳黑子，外围的黑子面积小。
图2、黑子旋涡图
图3、太阳喷发螺旋图
据此，可以解释黑子蝴蝶图的一些现象了。
1、黑子为什么是黑的？
因为本影里没有粒子，只有磁力线，所以，黑子本影的温度低于半影，显得黑了。
图4、黑子图
2、黑子为什么在纬度30°附近出现，在赤道附近消失？
黑子主要在太阳的两极周边出现。由于角度的原因，人们在地球上看不到它。只有在30°附近，才能看清楚。以至于错误地认为黑子主要在纬度30°附近出现。2009年6月，美国亚利桑那州图森国家太阳天文台的雷切尔· 豪宣布，观察到太阳极区附近产生喷发，并且缓慢地从极区向赤道迁移。当达到22纬度区时，就成为黑子。这正好说明，两极喷发力推动黑子沿外磁力线向赤道靠近。在赤道附近，两极喷发物会合后沿赤道径向扩散，黑子就消失了。
3、成对黑子的磁轴为什么与赤道夹角30°?
因为粒子喷流落向日面时，在空中的东向运动的速度比向赤道移动的速度大一些，而成对黑子的磁轴方向正是这两个方向运动的合成。所以，与赤道呈一定的夹角，就象舟楫横渡河流，航线总与河岸呈一定的夹角一样。
4、黑子为什么具有较强的磁场？
因为黑子就是高能粒子的高速旋转喷发和回落，所以，黑子具有较强的磁场。
5、前导黑子与后随黑子的极性为什么相反？
在引力的作用下，旋转喷流会落向后方的光球表面。因为粒子从前导黑子旋转喷出，落向后随黑子，两者旋转方向相反，一出一进，所以，前导黑子的极性和后随黑子的极性相反。北半球的前导黑子是逆时针旋转喷发，落向后方，就是顺时针后随黑子。同样的道理，南半球的前导黑子是顺时针旋转喷发，落向后方，就是逆时针旋转后随黑子。黑子在分裂之前出现的跨越本影的亮桥其实就是前导黑子和后随黑子的纽带。
图5、黑子侧面图
6、南、北半球前导黑子的极性为什么相反？
南北半球旋向相反，南半球会形成顺时针旋转前导黑子；北半球会形成逆时针旋转前导黑子，南、北半球前导黑子的极性相反。
7、相邻周期本半球的前导黑子的极性为什么相反？
因为太阳每22年绕自己的轨道线转一圈。也就是说，每11年，太阳通过一次轨道面。不仅磁场方向会发生一次颠倒，而且两极喷发也会变强。从轨道面上看，前11年太阳在轨道面一侧，后11年太阳在轨道面另一侧。而太阳朝向轨道面的一极喷发较强。当太阳转到轨道面另一侧时太阳黑子，极性转变。前导黑子的极性也随着转变。所以，相邻周期本半球的前导黑子的极性相反。
亲爱的朋友，你对黑子有何看法？
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