变化多端的太阳

自古以来，太阳被讴歌成万物之母；她是宁静的，温暖又慈祥。初看起来，太阳表面似乎是光亮无瑕的，而且日复一日，年复一年，几乎没有任何变化。实际上，太阳并不“完美”，在高分辨率的望远镜里，太阳表面就像沸腾的开水一样，存在许多对流元胞，太阳黑子也会一一显现。如果在特定波段为太阳拍照，耀斑、日珥、日冕物质抛射等现象将充满整个画面，太阳终将露出它多变的面貌。

图1 作为万物之母的太阳

太阳黑子是太阳表面的黑色斑点，它们是太阳最显著的可见特征（特定条件下肉眼可见）。实际上，太阳黑子只是比太阳表面其他区域稍暗一些，它们是光球层温度较低的区域。在黑子的中心最暗区域，磁场最强，达到2000~3000高斯（地球表面的磁场不到1高斯），温度大约为4500摄氏度，因而与背景相比较暗（光球层温度约6000摄氏度）。黑子的直径从3600千米到50000千米不等，大的黑子有地球那样大，特大黑子的直径是地球直径的几倍。

图2 太阳黑子

图3 耀斑（太阳表面亮度增强的区域）

耀斑是太阳局部突然的、快速的、强烈的亮度增强现象。当太阳大气层中的能量积累到一定程度时（在爆发前能量受到磁场的约束），会突然以电磁辐射的形式释放出来。辐射的波谱从长波射电一直到可见光、X射线和γ射线。一个耀斑所释放出的总能量相当于百万个亿万吨级的氢弹同时爆炸所释放的能量之和。根据释放能量的大小，耀斑可分成三种类型：X型（大）、M型（中）、C型（小）。几乎每天都有耀斑发生，X型耀斑平均每年会发生十几次。

图4 日珥

在日全食时，太阳的周围镶着一个红色的环圈，上面跳动着鲜红的火舌，这种火舌状的物体就是日珥。日珥是太阳的色球层上产生的一种非常强烈的太阳活动现象。大的日珥高出日面几十万千米，还有无数被称为针状体的高温等离子小日珥，高9000多千米，宽约1000千米，平均寿命5分钟。日珥的形状变化万千，有的像浮云，有的似喷泉，还有圆环、拱桥、火舌、篱笆等形状。

图5 日冕物质抛射（左下角方向）

日冕物质抛射是日冕层中的物质瞬时向外膨胀或向外喷射的现象。抛射出来的物质主要是由电子和质子组成的等离子体，伴随着太阳的磁场。大的日冕物质抛射可含有100亿吨等离子体，这些物质被加速到每秒几百甚至上千千米。部分日冕物质抛射沿着太阳和地球的连线抛向地球，是导致灾害性空间天气的主要因素之一。

太阳黑子、耀斑、日珥、日冕物质抛射等现象往往相伴而生，互相交织在一起，构成非常复杂的太阳活动场景。它们出现的频率的高低都可以作为衡量太阳活动性的指标。特别是太阳黑子数，由于观测历史悠久，是最常用的太阳活动程度的指标。黑子数量越多，表明太阳活动越强烈。

黑子数的变化存在11年左右的周期性，也就是太阳活动周。最初，太阳表面有很少的黑子或没有黑子。后来，少量的黑子出现在太阳纬度30°~40°的区域；随着太阳活动周发展，黑子数增加、黑子形态变得复杂，并往太阳赤道区域转移；太阳黑子数达到最大以后，又开始逐渐减少，如此循环往复。除了以太阳黑子数为标志的11周年变化外，太阳磁场还存在22年的周期变化，每11年其南北磁极会发生翻转。从更小的时间尺度看，太阳还具有25天的自转周期，其表面的各种活动区会周期性地对准地球，使得在地球上看到的太阳活动更为复杂多变。

图6 太阳黑子11年周期变化