三、太阳黑子

[ 录入者:linq | 时间:2010-01-21 22:31:27 | 作者:樊忠玉 | 来源:本站 | 浏览:16539次 ]

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,从黑子光谱分析得出,黑子的 温度比明亮的 光球温度低15000C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型而结束。每一种类型的 黑子给出4个例子,下面的 尺度表示太阳经度。

 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?

Tags:太阳

责任编辑:linq

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