太阳黑子周期

【太阳黑子周期】（sunspot cycle）黑子活动各种时间尺度的准周期性变化，最著名的是太阳黑子11年周期。

1843年德国药剂师施瓦贝（H．S. Schwabe），通过他自己对太阳黑子二十余年的观测记录，发现太阳黑子的消长有一个10年左右的周期。1848年沃尔夫（J.R.Wolf)引入太阳黑子相对数，并将逐月黑子相对数推算到1749年，从而肯定地指出太阳黑子活动的周期平均长度为11．1年。右图为1749年到1980年年平均黑子相对数变化曲线。从图上可以清楚地看到，二百多年来太阳黑子数的变化明显地保持了平均11年左右的周期性。在每一个周期中，黑子从最少年开始，在3－5年中增大，达到一个极大值（或峰值），然后在随后的5—7年再减小到一个极小值（或谷值）。相对应的年份分别称为黑子极大年（或峰年，用M年表示）和黑子极小年（或谷年，用m年表示）。实际上太阳黑子周期长度在7．3年到16.1年之间。太阳黑子11年周期又称太阳活动周期。一般以黑子最少的年份作为太阳活动周期开始的年份。按规定，从1755年开始的周期作为太阳活动的第1周，第21周是1976年开始的。随着对太阳活动研究的深入，又相继发现了22年左右的太阳活动磁周期、80－90年的太阳活动世纪周期以及200年左右的太阳活动双世纪周期等。

【太阳活动磁周期】（solar magnetic cycle)太阳黑子磁场极性的转换周期。黑子具有明显的磁场，且太阳南北两半球黑子的磁极是相反的。如果北半球处在黑子群前面的先行黑子具有正磁极的话，那么在南半球的先行黑子则具有负磁极。但同一半球黑子的极性是相同的。它们的对应关系随着黑子11年周期阳变化而相互逆转。所以根据黑子磁场极性来划分一个太阳活动整周期不是11年，而是黑子11年周期的两倍，即22年，称为磁极性转换周期，简称为太阳活动磁周期。黑子的这一重要特征是1913年海尔（G.E.Hale）发现的，所以太阳黑子22年磁周期又叫“海尔周期”（Hale cycle）。

由于太阳活动第9周至第17周的9个11年周期峰值恰好高低相间，所以过去习惯地把海尔周期包括的两个11年周期分别称作“主高周期”与“次高周期”，前者亦称奇数周期，后者称偶数周期。但是海尔周期究竟是从奇数周期开始还是从偶数周期开始，尚无定论。威列特（H．C．Willett)主张以偶数周期作为22年周期的起点，而斯莱波（H．P．Sleeper）则主张以太阳北半球上带头黑子的极性为准，称为正、负周期。

【太阳活动世纪周期】（ 80—90 year cycle of solaractivity）时间约为80—90年的太阳黑子周期。从黑子11年周期变化曲线上可直观地看出，一般在连续3、4个11年高峰后便接连3、4个11年低峰，总共持续的年数近于一个世纪，故称世纪周期。20世纪中叶，格莱斯堡（W.Gleissberg）取黑子11年周期的极大值Rm的百年平滑值进行分析，即

则Rm平滑值的变化曲线有着明显的周期性，极大值位于第3周和第9周，极小值位于第6周和第14周，所以有人亦将此周期称为格莱斯堡周期。以后在分析黑子其它参数的变化时，也得到类似结果。不过由于研究者所取方法不同，世纪周期的起止年份也不同。根据绍夫（J．Schove）收集、整理的古代黑子资料分析，世纪周期最短的只有40年，最长的可达120年。而且世纪周期越强，它的上升期也越长。太阳活动世纪周期反映了太阳活动平均强度的变化规律。

【太阳活动双世纪周期】（200 year cycle of solaractivity）时间为200年左右的太阳黑子周期。功率谱分析证实，黑子11年周期峰值的变化有188—212年的显著周期。由于这个周期是由两个世纪周期组成的，其长度约为世纪周期长度的二倍，故名。又因为这个周期和九大行星178．7年的会合周期接近，所以有人又称之为太阳活动的行星周期。

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”。

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。

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。”