第四章太陽
黑子
在各種日麵活動現象中，太陽黑子是最基本的，也是最容易發現的。明亮的太陽光球表麵，經常出現一些小黑點，這就是太陽黑子。我國的古書中有很多關於太陽黑子的記載。漢初《淮南子·精神訓》中記有“日中有蹲烏”，意思是太陽上麵有一隻三隻腳的烏，這三足烏指的就是黑子。
《漢書·五行誌》中對黑子的記載更明確了：“日出黃，有黑氣，大如錢，居日中。”這是得到公認的世界上最早的黑子記錄。在西方，著名的德國天文學家開普勒(157l～1630年)在1607年時看見了黑子，但他不敢相信太陽上還會有暗黑的斑點而誤認為是水星淩日了。1611年，意大利物理學家、天文學家伽利略(1564～1642年)使用望遠鏡才確認了太陽黑子的存在。
黑子的大小相差很懸殊，大的直徑可達20萬千米，比地球的直徑還要大得多，小的直徑隻有1000千米。較大的黑子經常是成對出現，並且周圍還常常伴有一群小黑子。黑子的壽命也很不相同，最短的小黑子壽命隻有兩三個小時，最長的大黑子壽命大約有幾十天。黑子的數目有時多，有時少。黑子大量出現的期間，叫太陽活動峰年。黑子很少的期間，為太陽活動穀年。兩個峰年之間的周期平均為11年。
太陽黑子看上去是黑的，實際上並不真是黑的，它們也是熾熱明亮的氣體,溫度大約4800攝氏度，但比光球溫度6000攝氏度要低多了，所以顯得暗黑了。
太陽黑子究竟是怎麽回事?它們為什麽比光球冷?11年的周期又是如何產生的?有關太陽黑子的奧秘還遠未揭開。
日珥
天文學家形容太陽色球層像是“燃燒著的草原”，或說它是“火的海洋”，那上麵許許多多細小的火舌在不停地跳動著，不時還有一束束火柱躥起來很高，這些躥得很高的火柱就叫做“日珥”。
日珥綽約多姿，變化萬千，有的像浮雲，有的像噴泉，有的像籬笆，還有的似圓環、彩虹、拱橋，等等，是一種十分美麗壯觀的太陽活動現象。遺憾的是，日珥比光球暗得多，隻有在日全食時或者使用色球望遠鏡才能看到。 ，
日珥的大小也不一樣，一般高約幾萬千米，大大超過了色球層的厚度，因此，日珥主要存在於日冕層當中。通過對日珥光譜的分析和研究，已經知道它們的溫度接近1萬攝氏度。日珥分為寧靜的、活動的以及爆發的三大類。寧靜日珥可以形狀絲毫不變地在日冕中存在數月之久，這簡直令人不可思議。日冕的溫度高達一二百萬攝氏度，是什麽原因使得日珥能在如此高溫狀態下長期存在呢?爆發的日珥以每秒700多千米的速度噴發到日冕中去，如此高速，動力又是從哪兒來的呢?日珥這些令人驚異的性質，給天文學家提出了一係列有趣而又艱深的研究課題c
耀斑
耀斑是太陽上最強烈，也是對地球影響最大的活動現象。1859年9月1日，有兩位英國天文學家在觀測太陽時，看到一大片新月形的明亮閃光以每秒100多千米的速度掠過黑子群，然後很快消失了。不久以後，電訊中斷，地磁台記錄到強烈的磁暴。這就是人類第一次觀測到的太陽耀斑現象。
耀斑的最大特點是來勢猛，能量大。在短短一二十分鍾內釋放出的能量相當於地球上十萬至百萬次強火山爆發的能量總和。耀斑產生在日冕的低層。耀斑和黑子有著密切的關係，在大的黑子群上麵。很容易出現耀斑。
耀斑對地球有巨大影響，它對地球上的電訊有強烈的幹擾，也對正在太空遨遊的宇航員構成致命的威脅。因此，耀斑受到了天文學家特殊的重視，成為當代太陽研究的主要課題之一，以上我們給大家介紹了黑子、日珥和耀斑這幾種太陽的主要活動現象，除此之外，太陽的光球上還有密密麻麻的米粒組織和經常出現在日麵邊緣的光斑，色球上還有與光斑相對應的譜斑，日冕中還有暗黑的冕洞，等等。太陽表麵的這些活動現象形式不同，特點各異，但是它們有一個重要的相同之處，那就是共同遵守一個11年一周期的漲落規律，在太陽活動峰年，各種活動現象十分激烈，到穀年，它們都比較平靜。
太陽活動11年的變化周期，是300多年以前由德國的藥劑師施瓦布發現的。施瓦布是一位十分勤奮的天文愛好者，他通過對太陽黑子的長期觀測發現了這一變化規律。然而這11年的周期又是怎麽形成的呢?目前這也是一個未解之謎。
太陽振**
太陽表麵豐富多彩的活動現象已經令我們眼花繚亂，然而20世紀60年代初，天文學中的一項重大發現更令我們驚訝不已。1960年，美國天文學家萊頓將最新研製成的強力分光儀對準太陽表麵上一個個小區域，準備測定它沸騰表麵運動的情況。結果他意外地發現了一件令人十分驚異的現象：太陽就像一顆巨大的跳動著的心髒，一張一縮地在脈動，大約每隔5分鍾起伏振**一次。這次萊頓發現的太陽上下振**：和以前發現的太陽黑子、日珥等各種太陽運動現象都不同，它不僅具有周期性，而且整個日麵無處不在振**。
1．“多普勒效應”的功勞
太陽距離我們十分遙遠，即使通過口徑最大的光學望遠鏡，我們也根本無法看到它表麵的上下起伏。那麽，萊頓又是怎樣發現太陽表麵的這種振**呢?說起來這還要歸功於著名的“多普勒效應”。
大家都知道，當一個聲音在接近或遠離我們的時候，就會發生“多普勒效應”。當它接近我們時，我們接收到的頻率升高了，當它離開我們時，我們接收到的頻率降低了。與聲波一樣，光也是一種波，自然也有“多普勒效應”。當光波朝向或遠離觀測者時，光的頻率也要發生變化。在由紅橙黃綠青藍紫七色光組成的太陽連續光譜上，紫色光的頻率最高，紅色光的頻率最低。這個彩色的連續光譜上麵還有許多稀疏不勻、深淺不一的暗線，是太陽外層中的一些元素吸收了下麵更熱的氣體所發出的輻射而形成的，叫做吸收線。在觀察太陽光譜的時候，如果我們一直緊緊盯住連續光譜上的一條吸收線，那麽當太陽表麵的氣體向上運動時，也就是朝我們“奔馳”而來的時候，吸收線就會往光譜的高端即紫端移動，簡稱紫移；反之，當氣體向下移動時，吸收線就會往光譜的低端即紅端移動，簡稱紅移。如果吸收線一會兒紫移，一會兒紅移，不斷地交替交換，那麽太陽的表麵氣體就在上下振**。
說來簡單，實際觀察起來困難重重。因為太陽離我們很遠，而且它振**的幅度和速度都不大，所以光譜線的位移量也很小，大約隻有波長的百萬分之幾。可想而知，這樣微乎其微的變化，發現它是多麽不容易。萊頓使用非常精密的強力分光儀拍下一張張太陽光譜照片，然後利用“多普勒效應”的原理，通過計算機進行反複的分析，最後才發現了太陽表麵周期振**的重要現象。
2．接踵而至的新發現太陽
5分鍾振**周期從根本上改變了人們對太陽運動狀態的認識，世界各國的天文學家對這個問題都十分重視，許多天文學家紛紛采用各種不同方法對太陽進行觀測。他們不僅證實了太陽表麵5分鍾的振**周期，而且接連地又發現了其他好幾種周期的振**。有人得到周期為52分鍾的太陽振**，有人得到周期為7～8分鍾的太陽振**。最引人注意的是蘇聯天文學家謝維內爾和法國天文學家布魯克斯等得到的周期為160分鍾的長周期振**。
謝維內爾觀測小組在克裏米亞天體物理台首先觀測到這種長周期振**。1974年，他們把由光電調節器和光電光譜儀組成的太陽磁象儀安裝在太陽塔的後麵，利用它來觀測連接太陽極區的窄條的光線以避開太陽赤道部分的視運動。來自太陽中心的光線發生偏振，而來自太陽邊緣的光線沒有偏振，這兩部分光線分別照在兩個光電倍增管上，這兩個光電倍增管的輸出就表示中心光線是否相對於邊緣發生了多普勒位移。謝維內爾小組利用這種方法在1974年秋季觀測到太陽160分鍾的振**周期。
1974年秋天，布魯克斯在日中峰天文台，利用共振散射方法測定太陽吸收線的多普勒位移的絕對值，進行了十多天的觀測，也觀測到了太陽160分鍾的振**周期。
太陽160分鍾振**周期被觀測到以後，許多天文學家對它表示懷疑。有人認為這種振**可能是一種儀器效應，也可能是地球大氣周期性變化的反映。後來，美國斯坦福大學的一個天文小組用磁象儀觀測到了太陽的160分鍾振**周期。一個法國天文小組在南極進行了128個小時的連續觀測，同樣觀測到了160分鍾太陽振**周期。南極夏季每天24小時都能看到太陽，不存在大氣的周日活動問題。另外還有兩個相距幾千千米的天文台同時進行觀測，也都觀測到太陽的這種長周期振**。這兩個台相距遙遠，在長時間觀測中大氣的影響可以相互抵消了。太陽長周期振**的現象終於得到了證實，疑問才被打消。
太陽表麵到處振**不停，不僅有升有落，而且有快有慢，這是一幅多麽蔚為壯觀的景象
3．太陽振**是怎樣產生的
太陽振**是怎樣產生的?這是科學家們最關心的事情。
目前，科學家們已經認識到，太陽振**雖然發生在太陽表麵，但其根源一定是在太陽內部。使太陽內部產生振**的因素可能有三個，即氣體壓力、重力和磁力。由它們造成的波動分別稱為“聲波”、“重力波”和“磁流體力學波”，這三種波動還可以兩兩結合，甚至還可以三者合並在一起。就是這些錯綜複雜的波動，導致了太陽表麵氣勢宏偉的振**現象。人們認為，太陽5分鍾振**周期可能是太陽對流層產生的一種聲波，而160分鍾的振**周期則可能是由日心引起的重力波。但是，這些解釋究竟正確與否，目前還不能完全肯定。
聲波是一種比較簡單的壓力波，它可以通過任何介質傳播。太陽的聲波是與地球內部的地震波有些相似的連續波，它們傳播的速度和方向依賴於太陽內部的溫度、化學成分、密度和運動。像地球物理學家通過研究地震波去查明地球內部的構造模式類似，天文學家正利用他們所觀測到的太陽的振**現象，去窺探太陽內部的奧秘。