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http://news.cri.cn/mmsource/images/2005/02/06/ie050206001.jpg
国际在线消息：150多年以前，科学家证实，太阳黑子的活动是周期性的，它的平均周期约为11年；大约90年以前，科学家在这一研究领域又有了新的突破，他们绘制出太阳黑子周期性变化示意图后，发现赫然呈现在纸上的竟是一只只翩翩起舞的“蝴蝶”；而现在科学家又有了新的任务，他们正试图揭开这幅太阳黑子“蝴蝶图”的秘密……
据美国“每日科学”网站2月4日报道，有关研究者表示，揭开“蝴蝶图”的秘密可以让科学工作者更好地预测太阳风暴(solar
storms)何时来临。太阳风暴爆发时，将会影响通讯、威胁卫星、破坏臭氧层，这与人们的生活息息相关，所以这项研究具有十分重要的意义。
太阳黑子和太阳黑子周期
想揭开问题的谜底，我们必须要对下面一些基本概念有所了解。首先我们要知道什么是太阳黑子（sunspots）和太阳黑子周期（sunspot
cycle）。
太阳黑子是人们最早发现也是人们最熟悉的一种太阳表面活动。明亮的太阳光球表面经常出现一些小黑点，这就是太阳黑子。美国国家大气研究中心高地天文台的太阳天文学家埃米·诺顿解释说，太阳黑子之所以产生是因为太阳内部磁场发生变化的结果。
太阳黑子的数量并不是固定的，它会随着时间的变化而上下波动，每11年会达到一个最高点，这11年的时间就被称之为一个太阳黑子周期。太阳黑子周期是1843年由一名德国天文学家发现的。
诺顿表示，不仅是太阳黑子的数量会在这11年中发生变化，同时它们所处的位置也会随之改变。每当一个太阳黑子周期开始的时候，最先出现的黑子总是在离赤道较远处（平均纬度为35度），然后由高纬度向低纬度方向移动，最终黑子出现的位置渐渐靠近太阳赤道。
翩翩起舞的“蝴蝶图”
1904年，英国天文学家爱德华·蒙德发现了一幅奇异的景象，记录太阳黑子周期变化的图表竟然呈现出一幅展翅欲飞的蝴蝶图案。
蒙德以纬度为纵坐标，以时间（年份）为横坐标，绘出太阳黑子的分布图后，发现渐渐靠近赤道的太阳黑子就像蝴蝶的两只翅膀。如果把几个太阳黑子周期的图案绘制在一起，就组成了一连串翩翩起舞的“蝴蝶”。
神秘的太阳发电机效应
目前，科学家们正致力于研究这个神奇的太阳黑子“蝴蝶图”。太阳天文学家诺顿说，要想揭开谜底，首先要从所谓的太阳发电机效应（Solar
Dynamo）说起。她说：“太阳发电机效应是太阳物理学中最为神秘的事物之一，它指的是在太阳内部和太阳表面的机械运动转化成磁能的过程。”
因为太阳黑子活动区域被认为是强磁场区，同时太阳黑子会在11年的周期内发生增多和减少的现象，所以科学家认为太阳磁场也会在这一时期内增强或减弱。诺顿说：“太阳黑子周期的循环性是证明太阳内部磁场在这个周期里发生变化有力的证据。”
诺顿和她的同事建立了太阳表面和内部的不同种类的热气流电脑模型，他们认为这有助于更好地了解太阳发电机效应，同时也有助于解释太阳黑子移动产生“蝴蝶图”的原因。
最佳理论
诺顿的同事吉尔曼说，对于太阳黑子活动图为什么会呈现蝴蝶图案这个问题，目前还没有一个统一的科学结论。其中，最主要的理论是以吉尔曼同事迪科派蒂的电脑模拟为基础的。
迪科派蒂的电脑模拟将太阳黑子的移动和被称为经向流的等离子流联系了起来。经向流在太阳赤道和两极之间流动，它的全部过程被称之为太阳活动周期。
经向流就像拥有两个传送带的系统。这两条“传送带”一个位于北半球，一个位于南半球，每个“传送带”都沿着太阳表面，从赤道运动到北极或是南极。到达极地时，每条“传送带”会转个弯，进入太阳内部。经向流经过太阳内部的最外层即环流区返回到赤道。当“传送带”到达太阳赤道时，它又会转头沿着来的路径，重新回到太阳表面，开始新一轮的循环。
一个太阳活动周期的时间为22年，或者说是两个太阳黑子周期。这个理论认为，“传送带”的两半都拥有相似的太阳黑子图案，这就是为什么太阳黑子活动遵循着11年的周期——等于太阳活动周期的一半。
根据迪科派蒂的的理论，太阳黑子在太阳表面流动会留下痕迹，这种痕迹还被带到太阳内部，科学家们相信，太阳黑子的磁场在这里形成，而新的太阳黑子则是在最近周期内的痕迹上形成的。
通过了解经向流速度的变化以及过去的太阳黑子周期，迪科派蒂和同事相信他们也许能够预测太阳黑子活动的时间和强度，从而也能对太阳风暴有所了解。他说：“事实上，在最近的工作中，我们预测因为经向流在目前周期内的速度放慢，所以下一个周期，即周期24的开始将会被推迟。”（王高山）
http://news.cri.cn/gb/3821/2005/02/06/664@445713.htm
黑子周期
1843年， 施瓦贝发现黑子的消长有一个平均为10年的周期。1848年,R.沃尔夫提出太阳 黑子相对数（用R表示）的概念，并利用历史上积累下来的望远镜观测的黑子资料，推算出上溯到1700年的黑子相对数的年平均值，从而进一步证明了太阳黑子活动确实存在着明显的周期性，周期平均长度为11.1年，这就是众所周知的太阳黑子11年周期。随着对太阳活动研究的深入，又相继发现了太阳黑子的22年周期和80年周期。
提出概念
1843年， 施瓦贝发现黑子的消长有一个平均为10年的周期。1848年,R.沃尔夫提出太阳 黑子相对数（用R表示）的概念，并利用历史上积累下来的望远镜观测的黑子资料，推算出上溯到1700年的黑子相对数的年平均值，从而进一步证明了太阳黑子活动确实存在着明显的周期性，周期平均长度为11.1年，这就是众所周知的太阳黑子11年周期。随着对太阳活动研究的深入，又相继发现了太阳黑子的22年周期和80年周期。目前，在继续研究上述这些周期性质的同时，也在探索时间尺度上更短或更长的周期。必须指出，这里所谓的周期并不是数学上的严格周期,而只是一种平均周期或称为准周期。图1表示从1700～1977年平均黑子相对数 的值,它清楚表明太阳黑子的11年周期。曲线的高峰处称为极大值或峰值，低谷处称为极小值或谷值。相对应的年份称极大年或峰年,极小年或谷年。按规定,以1755年开始的11年周期作为第一号，依次排列以后各个11年周期的号数。如图所示，最短的周期为9年,而最长的周期为13.6年；最低的极大值为48.7，而最高的极大值为200.8。这反映出太阳黑子相对数的振动,既不同于严格的周期振动,也不同于随机振动。一般认为,这种振动是一种隐周期振动，或称带扰动的周期振动。黑子相对数变化曲线有明显的不对称性，即上升期比下降期短。峰值越高，不对称性越明显。瓦尔德迈尔用两个统计关系式来表示这种特性，即lg
M=2.58－0.14 ， =0.030 M+3.0，式中 M为峰值， 为上升期， 是从极大年到相对数月平滑值为
7.5时的间隔时间。这种特性也可用另一公式表达：
公式式中Μ和
分别为极大年和极小年的年份,Δ = M－ m为极大值和极小值的差。当然，最理想的是用简单的公式表达整个相对数曲线。最常用的一个公式是
= ，式中 、 、 均为常数，随每个11年周期而变；
为从极小年起算的时间变量。另外一种常用的公式是把相对数看作是一系列正弦波的迭加：
=∑ sin(2
/ + 。 =1,2，…, ； , 和 分别为各次谐波的振幅、周期和初始位相角。太阳黑子周期同一系列地球物理、气象、水文等现象有密切的联系(见 日地关系)。目前，一致认为太阳的活动水平制约着这些现象的发生和演变。因此，黑子相对数的预报具有重要的实际意义。
太阳黑子11年周期的另一显著表现，是 黑子群在日面纬度上的分布状况具有规律性，这就是有名的斯玻勒定律（见黑子的日面分布）。太阳黑子22年周期是 海耳在研究黑子群磁场极性分布时发现的，因此也称为“磁周”或“海耳定律”,如图2所示。随着11年周期的交替,黑子群的极性也发生变换。同时,南北半球黑子群的极性也互相交替。这个规律直接反映着太阳磁场变动的奇特性质，有极其鲜明的物理意义。二十世纪中叶，格莱斯堡等又发现了太阳黑子80年周期。这个周期在75～100年之间变动,有人把它叫作世纪周期。对这样长的周期而言，黑子相对数的资料积累时间就嫌短了。为了探讨80年周期的某些性质，一般多借助于邵夫利用古代黑子和极光的资料编制的长达
2,000多年的太阳活动序列。至于更长的周期或更短的周期，各种统计多不胜举。有小于1年的，也有长达2,000年的周期。除上述的黑子11、22、80年周期外，天文学家还发现了太阳活动的 蒙德极小期，但是它究竟是否存在，目前还没有定论。
研究目标
太阳黑子周期的研究目标，是要搞清存在于太阳上的这种周期性的物理起因。为了解释太阳黑子周期的某些特性，许多人提出各种模型和构想。归纳起来，有两种互相对立的观点。一种认为，太阳活动周期性的起因不在太阳内部，而在于 太阳系内大行星对太阳的起潮力引起或者“触发”了太阳活动。这种理论能够说明太阳活动的平均周期等特性，对预报有一定价值。另一种则认为太阳活动周期性起因于太阳本身，是 太阳对流层内的磁场和物质运动相互作用所决定的。这种设想意味着，针对太阳对流层内的具体物理状况来同时求解流体力学方程和电磁学方程。遗憾的是，适合太阳对流层条件的方程解是否存在，目前还没有定论。因此,这类理论,目前只能在某些简化条件下作个别近似的描述。
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(2018-10-14 22:33:15) 
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