太陽(yáng)活動(dòng)是以什么為主?
人們把發(fā)生在太陽(yáng)大氣中局部區(qū)域而且時(shí)間短暫的偶發(fā)性事件,稱為太陽(yáng)活動(dòng)。例如在低層大氣中出現(xiàn)太陽(yáng)黑子和光斑,在高層大氣中出現(xiàn)日珥、譜斑和日冕凝塊,有時(shí)還發(fā)生太陽(yáng)耀斑和日冕物質(zhì)拋射現(xiàn)象。其中,黑子是日面上的暗黑斑塊,本質(zhì)上是太陽(yáng)表面局部強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)(磁場(chǎng)強(qiáng)度為幾千高斯),因其溫度較低,顯得暗黑。光斑是光球?qū)拥母邷貐^(qū),顯得明亮。日珥是凸出太陽(yáng)表面的火焰狀物。譜斑是色球?qū)拥母邷貐^(qū)。日冕凝塊是日冕中的高密度區(qū)。耀斑則是太陽(yáng)大氣中大規(guī)模的能量突然釋放現(xiàn)象,也就是太陽(yáng)爆發(fā),是最劇烈的太陽(yáng)活動(dòng)。日冕物質(zhì)拋射也是一種很劇烈的太陽(yáng)活動(dòng)。特別是太陽(yáng)耀斑和日冕物質(zhì)拋射,由于發(fā)射出強(qiáng)烈的X光和紫外輻射,以及各種能量的帶電粒子(主要是質(zhì)子和電子),會(huì)嚴(yán)重干擾地球磁層和電離層的正常狀態(tài),甚至影響到地球的低空大氣,從而影響到人類的航天、無(wú)線電通信、導(dǎo)航、物理探礦、電力系統(tǒng),以及氣象和水文等諸多領(lǐng)域。因此,探討太陽(yáng)活動(dòng)的規(guī)律,并設(shè)法對(duì)其進(jìn)行預(yù)報(bào),具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
觀測(cè)發(fā)現(xiàn),上述各種太陽(yáng)活動(dòng)傾向發(fā)生在太陽(yáng)大氣中以黑子為中心的局部區(qū)域,稱為太陽(yáng)活動(dòng)區(qū)。一般說(shuō)來(lái),當(dāng)太陽(yáng)上出現(xiàn)的黑子群和黑子較多時(shí),其他各種太陽(yáng)活動(dòng)也增加。因此可以用黑子群和黑子多寡來(lái)代表太陽(yáng)活動(dòng)的平均水平。1848年,瑞士天文學(xué)家沃爾夫(R.Wolf)提出用黑子相對(duì)數(shù)表示每天的太陽(yáng)活動(dòng)強(qiáng)度。黑子相對(duì)數(shù)定義為r=10g+f,其中g(shù)和f分別為當(dāng)天日面上黑子群和黑子的數(shù)目。長(zhǎng)期觀測(cè)發(fā)現(xiàn),太陽(yáng)黑子相對(duì)數(shù)r的年平均值R具有11年左右的周期性變化。R變化曲線中極大點(diǎn)所在的年份意味著太陽(yáng)活動(dòng)頻繁和強(qiáng)烈,稱為太陽(yáng)活動(dòng)極大年;極小點(diǎn)的年份稱為太陽(yáng)活動(dòng)極小年。相鄰兩個(gè)極小年之間的時(shí)段稱為一個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)周。國(guó)際上規(guī)定以1755年(極小年)開(kāi)始為太陽(yáng)活動(dòng)第一周。從2019年開(kāi)始的太陽(yáng)活動(dòng)第25周,估計(jì)其極大期在2025年附近。
用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)太陽(yáng)黑子的歷史只有300多年,但中國(guó)史書上從公元前43年至公元1638年,就有112次肉眼目視黑子的記錄。極光是太陽(yáng)活動(dòng)產(chǎn)生的高能粒子流轟擊并激發(fā)地球大氣原子和分子而造成的發(fā)光現(xiàn)象,因此地球上每年發(fā)生的極光次數(shù)也間接反映了太陽(yáng)活動(dòng)的水平。利用這些珍貴的目視黑子記錄和全世界記錄到的極光次數(shù),可以推測(cè)近2000年來(lái)的太陽(yáng)活動(dòng)變化。此外,通過(guò)測(cè)定古樹(shù)年輪中放射性同位素碳14含量,也可以推測(cè)出近7500年來(lái)太陽(yáng)活動(dòng)的大致情況。這些研究表明,除了明顯的11年周期外,太陽(yáng)活動(dòng)似乎還存在平均長(zhǎng)度為80多年的周期,以及約200年的雙世紀(jì)周期。7500年來(lái)的太陽(yáng)活動(dòng)并非平穩(wěn)變化,而是經(jīng)歷了尚看不出規(guī)律性的一系列極大期和極小期。目前,太陽(yáng)活動(dòng)正處在約從1800年開(kāi)始的“現(xiàn)代極大期”,離此最近的是1460—1550年間的“斯波勒極小期”、1645—1715年間的“蒙德極小期”,以及1110—1260年間的“中世紀(jì)極大期”。這些超長(zhǎng)期的太陽(yáng)活動(dòng)變化情況大致得到古氣候資料的證實(shí)。
宏觀上穩(wěn)定的太陽(yáng)為何會(huì)出現(xiàn)太陽(yáng)活動(dòng)現(xiàn)象,一直是太陽(yáng)物理學(xué)家的重點(diǎn)研究課題。目前認(rèn)為,太陽(yáng)活動(dòng)是起源于太陽(yáng)內(nèi)部的原有弱磁場(chǎng)與太陽(yáng)自轉(zhuǎn)相互作用的結(jié)果。太陽(yáng)的自轉(zhuǎn),在赤道區(qū)較快,在兩極區(qū)較慢,稱為較差自轉(zhuǎn)。理論研究表明,正是這種較差自轉(zhuǎn)能夠把太陽(yáng)內(nèi)部的微弱磁場(chǎng)拉伸放大,形成管狀強(qiáng)磁場(chǎng),稱為磁流管。磁流管具有磁浮力,會(huì)向太陽(yáng)表面升浮。當(dāng)這些磁流管升浮到太陽(yáng)表面時(shí),與太陽(yáng)表面碰撞,并拱出表面,在那里形成局部強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū),這就是太陽(yáng)黑子。而光斑、譜斑、日珥、耀斑和日冕物質(zhì)拋射等其他活動(dòng)現(xiàn)象,則是黑子區(qū)的強(qiáng)磁場(chǎng)與太陽(yáng)等離子體相互作用的結(jié)果。太陽(yáng)活動(dòng)具有11年左右的周期,也可以用太陽(yáng)發(fā)電機(jī)理論予以解釋。
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