太阳黑子活动与天气的变化关系

太阳黑子活动与天气的变化关系

什么是太阳黑子

通过一般光学望远镜观测太阳，观测到的是光球层（太阳大气层的最里层）的活动。太阳黑子是太阳表面巨大的游涡状气流产生的。由于一部分气流的温度到4600°C，比太阳表面的正常温度低1400多°C，所以看起来是黑的。

随着太阳磁感线的研究，人们认为黑子的产生与太阳的磁场磁感线的断裂有关。太阳是一个流体性的气体球，赤道与两极的自转速度不同，磁感线发生断裂，断裂处就发生强烈的磁场作用，产生了黑子。

黑子的重要特性是它们的磁场强度，黑子越大，磁场强度越高，大黑子的磁场强度可达4000高斯。太阳黑子活动呈周期出现，两次极大间的间隔平均为11.2年，叠加有一个为期80年的低幅度的周期。在黑子群周围常出现耀斑，发出的辐射和粒子同地球磁场和电离层相互作用会使地球上的短波无线电通讯中断并出现极光。

太阳黑子在日面上的大小、多少、位置和形态等，每日都不一样。太阳黑子是光球层物质剧烈运动形成的局部强磁场区域，是光球层活动的重要标志。长期观测太阳黑子就会发现，有的年份黑子多，有的年份黑子少，有时甚至几天，几十天日面上都没有黑子。天文学家们早已注意到，太阳黑子从最多（或最少）的年份到下一次最多（或最少）的年份，大约相隔11年。也就是说，太阳黑子有平均11的活动周期，这也是整个太阳的活动周期。天文学家把太阳黑了最多的年份称为“太阳活动峰年”，把太阳黑子最少的年份称为“太阳活动宁静年”。

黑子方队

太阳黑子大多喜欢成群结队。复杂的黑子群由几十个黑子组成，而大多数黑子群是由两个主要黑子组成，沿着太阳自转方向，位于西边的黑子叫做“前导黑子”，位于东边的黑子叫做“后随黑子”，大黑子周围还有许多小黑子。极性相同的一对或一群黑子称为单级群，极性相反的一对或一群黑子称为双极群。黑于群中极性分布不规则的称为复杂群。

通过长期观测，19世纪40年代，施瓦布发现太阳黑子数目表现出一种周期性的变化，变化周期大约是10～11年。后来斯玻勒又进一步发现黑于在日面上随时间变化的纬度分布具有一定的规律性。一般说来，一个周期的黑子刚出现时，都在日面纬度30°附近。在黑子较多的时候，则在纬度15°左右。周期结束时，黑子多半在低纬度地区出现和消失。上一个周期的黑子还没最后消失，下一个周期的黑子又在纬度30°附近出现了。另外，几乎所有的黑子都出现在纬度8°～45°之间，极少有超过这个范围的。如果以黑子群的日面纬度平均值作纵坐标，时间为横坐标，绘出的黑子群日面纬度分布图，就像一群排列整齐的蝴蝶。

另外，人们还发现在黑子存在期间，它的磁场强度是随时间变化的。黑子刚出现时，磁场强度迅速上升到极大值，然后稳定一段时间，随着黑子的瓦解和消失，磁场强度呈线性衰减。黑子群中成对的那两个大黑子具有相反的极性。下一个活动周期中，如果太阳北半球上黑子对中的前导黑子的极性是“北”，那么后随黑子就是“南”，太阳南半球正与此相反。而到了下一个太阳周，两半球黑子对的极性将颠倒过来，在下一个活动周期中颠倒回去。根据黑子磁

场的极性变化，海耳等人在1919年指出，太阳黑子和太阳活动的真正周期是22年。如何解释上面这些现象和规律，天文学家建立了不少黑子模型，1961年，巴布科克提出的模型受到人们的普遍重视。

巴布科克认为，冻结在太阳等离子中的磁场，只存在于太阳表面下较浅的层次中，磁力线被太阳自转所带动。由于较差自转（太阳不同纬度处的自转周期不同。赤道转得最快，越往两极越慢），使原来位于子午面上的磁力线缠绕起来。太阳内部和表面自转速率不同也会使磁场强度增大，光球下面的对流运动会使加强了的磁通量管扭结成绳子的形状，从而增大了磁力线密度。小尺度湍流使磁绳中出现扭结，致使小区域中的场强变得更大。当场强增大时，磁浮力也增大，磁场上浮涌出表面，形成双极黑子。黑子首先出现于纬度±30°附近的区域，是因为该处磁场的切变率最大。由于太阳内部自转得比表面快些，低纬处的场强增大而高纬处的场强下降，所以发生黑子的区域就移向赤道。这个模型既可说明蝴蝶图、黑子极性的分布、前导黑子的纬度比后随黑子的稍低等事实，又能解释22年周期中极性的反转现象。

一些天文学家认为，这个模型对于解释太阳磁场的所有较新的观测过于简单了，需要加以改进和发展。但另一些人则认为这个模型是不恰当的，太阳的磁场系统并不局限于表面的薄层中，而穿透得比太阳的对流层还深些。到底实际情形怎样，需要由观测来判断。

太阳活动与地球气候

早在18世纪初，英国天文学家、天王星的发现者威廉·赫歇尔就注意到，当太阳黑子少时，地球上的雨量也减少。

19世纪末，俄国施维多夫教授在研究旱灾的周期性时，从一些老树墩上的年轮发现，年轮之间的距离并不是相等的，而是有疏有密，疏密的程度大致11年变化一次，即与太阳黑子周期对应。树木的年轮表示了树木每年新增加的木质。假使某一年天气潮湿、和暖，树生长得快，它就生长出较厚的一层木质；假使春夏的天气较冷，或是夏天干旱，树的营养不足，其年轮就窄一些。遗憾的是，俄国的树木寿命都很短，施维多夫找到的树木太年轻，似乎还不能说明更多的问题。以后，人们搜集了树龄在几百年甚至上千年的大量的树木年轮资料，作了系统的研究。统计结果表明，树木逐年的生长率与同时期的黑子相对数相关，在太阳活动峰年，树木生长得快一些。

我国著名科学家竺可桢也对气候与太阳活动的关系进行了大量的研究。他发现，我国长江流域的雨量与黑子多少成正比；黄河流域则相反，雨量与黑子多少成反比。他根据我国历史上的太阳黑子记录指出，黑子最多的第4、6、9、12和14世纪，也是我国严寒日子多的世纪。我国还有许多科学工作者，充分利用我国物候学、地方志及各种史料记载，对我国5000年来的气候变迁进行研究。对古老树木年轮的研究和放射性碳14的测量，以及近年人们对南极、北极的深层冰核中氧18的含量、年度冰溶化百分率和冰中二氧化碳的研究，进一步表明太阳活动不仅有11年、22年的周期变化，而且还有80～90年、200年、500年和8000年等周期变化。太阳活动与气候的长期变化有明显的相关性。

太阳黑子曾经惹过大麻烦

太阳风暴曾经给我们造成了很多麻烦。据了解，1989年3月13日因太阳“骚扰”而引发历史