太陽(yáng)表面存在著豐富多彩的日面活動(dòng)，包括黑子、耀斑、日珥等。黑子被稱為白玉之瑕，它們?nèi)宄扇?，?1年大規(guī)模從日面巡游一次。而耀斑則是太陽(yáng)能量的大噴發(fā)，在短短一、二十分鐘內(nèi)釋放出來的能量可達(dá)1020～1025焦耳，相當(dāng)于上百億顆巨型氫彈同時(shí)爆炸釋放的能量，或者相當(dāng)于十萬至百萬次強(qiáng)大火山爆發(fā)釋放的能量總和，可見其威力之大。若把日面看作是一片熊熊燃燒的草原，日珥就是上竄的火舌。在Hα單色像上，這種鮮艷的火舌，襯托在蔚藍(lán)色的天空背景之中，顯得十分壯麗美觀。
黑子
在太陽(yáng)的各種日面活動(dòng)現(xiàn)象中，太陽(yáng)黑子可謂是最基本的，也是最容易發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)大黑子群出現(xiàn)時(shí)，在清晨或黃昏用肉眼能直接看見。
關(guān)于太陽(yáng)黑子，中國(guó)古代文獻(xiàn)中留下了許多觀測(cè)記錄。據(jù)《漢書·五行志》中記載，公元前28年日面出現(xiàn)了黑子活動(dòng)：“日出黃，有黑氣，大如錢，居日中?！边@是世界上公認(rèn)的最早的有關(guān)太陽(yáng)黑子的記錄。在歐洲的天文觀測(cè)史上，人們也很早就注意到了太陽(yáng)黑子現(xiàn)象。1607年，著名天文學(xué)家開普勒在日面上發(fā)現(xiàn)了黑子，但他不敢相信太陽(yáng)上還會(huì)有暗黑的斑點(diǎn)，竟誤以為是金星凌日，因而錯(cuò)過了一次絕好的發(fā)現(xiàn)機(jī)會(huì)。直到1611年，伽利略在望遠(yuǎn)鏡中觀測(cè)到了太陽(yáng)黑子，才打破了教會(huì)宣揚(yáng)的“太陽(yáng)是完美無缺、白玉無暇”的神話。
太陽(yáng)黑子是太陽(yáng)活動(dòng)的主要標(biāo)志之一，系統(tǒng)的太陽(yáng)黑子觀測(cè)從十七世紀(jì)初期就開始了。人們?cè)谟^測(cè)中發(fā)現(xiàn)，黑子是變化的，起初以為這種變化是雜亂無章的，后來察覺它具有一定的周期性，大約11年由盛轉(zhuǎn)衰，又從衰到盛循環(huán)一次。黑子有強(qiáng)大的磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的變化比較有規(guī)律。黑子還與其他日面活動(dòng)有著千絲萬縷的聯(lián)系。
黑子本質(zhì)究竟如何？一百多年來，太陽(yáng)物理學(xué)家們一直在孜孜不倦地鉆研著這個(gè)問題?，F(xiàn)在已經(jīng)弄明白了，黑子并不真是黑的，它們也是熾熱明亮的氣體，溫度大致有4000多攝氏度，只是因?yàn)樗戎車馇驕囟鹊?～2千攝氏度，因而在明亮背景的襯托下，溫度低的區(qū)域顯得暗黑了。
黑子是怎樣形成的呢？這是學(xué)術(shù)界一直在探討的問題，目前還沒有一個(gè)能廣為人們接受的理論。
1941年，德國(guó)天文學(xué)家比爾曼創(chuàng)立了磁場(chǎng)抑制對(duì)流理論。他認(rèn)為，黑子的強(qiáng)磁場(chǎng)使來自對(duì)流層的熱量傳送不到黑子里面去，因此黑子變冷了。這個(gè)學(xué)說問世之后曾風(fēng)靡一時(shí)，但后來卻暴露出許多破綻。如果黑子里面沒有對(duì)流，也就不會(huì)有米粒組織，但實(shí)際情況并非如此，更何況被磁場(chǎng)抑制的能量又輸送到哪里去了呢？
針對(duì)比爾曼學(xué)說的理論疑難，美國(guó)的帕克教授又提出了一種觀點(diǎn)，認(rèn)為黑子低溫是由磁場(chǎng)引起的，但磁場(chǎng)沒有抑制，而是促進(jìn)了能量的傳輸。黑子強(qiáng)磁場(chǎng)把大部分熱流轉(zhuǎn)換成磁流體波，它們沿磁力線跑掉了。這一學(xué)說雖然部分解釋了黑子現(xiàn)象，但顯得過于簡(jiǎn)單，有關(guān)黑子形成的內(nèi)在問題并沒有說清楚。
人們關(guān)于太陽(yáng)黑子的最大疑問，莫過于它的活動(dòng)周期了。太陽(yáng)黑子11年的活動(dòng)周期是在19世紀(jì)40年代發(fā)現(xiàn)的，此后一直被認(rèn)為是太陽(yáng)活動(dòng)的基本周期。
關(guān)于太陽(yáng)活動(dòng)周期的形成，有一種比較流行的說法，是由美國(guó)天文學(xué)家巴布科克提出的。他的理論出發(fā)點(diǎn)是，太陽(yáng)有普遍的磁場(chǎng)，而磁力線埋在光球下面不深的地方。赤道附近自轉(zhuǎn)較快，“凍結(jié)”在那個(gè)區(qū)域的磁力線就緊緊地纏繞起來。由北極出發(fā)伸向南極的磁力線繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)了許多圈，愈近赤道，繞的圈子愈多。那里的磁場(chǎng)不穩(wěn)定，磁力線一旦冒出日面，就構(gòu)成黑子。隨著時(shí)間推移，黑子磁場(chǎng)擴(kuò)散，原來的普遍磁場(chǎng)被中和掉了，接著出現(xiàn)極性相反的普遍磁場(chǎng)，于是產(chǎn)生了太陽(yáng)黑子活動(dòng)的周期性變化。
巴布科克假說在一定程度上說明了黑子群出現(xiàn)的區(qū)域特征。人們?cè)趯?duì)黑子的長(zhǎng)期觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)，黑子在日面上的活動(dòng)范圍具有一定的局限性，它們大部分出現(xiàn)在日面南北半球5°～25°緯度之間，赤道附近和高緯度區(qū)黑子很少。除赤道外，黑子的爆發(fā)區(qū)域，正是理論上預(yù)計(jì)的最容易冒出磁力線的地方。
但是，這一理論模型卻存在著一個(gè)致命弱點(diǎn)，按照巴布科克的觀點(diǎn)，黑子應(yīng)該最先在赤道一帶形成，然后向高緯度區(qū)擴(kuò)散。而實(shí)際情況卻是赤道附近幾乎沒有黑子活動(dòng)，在一個(gè)活動(dòng)周期開始的時(shí)候，黑子往往在高緯度（約±30°）處出現(xiàn)，之后逐漸轉(zhuǎn)移到±15°，最后結(jié)束于低緯度區(qū)。黑子的移動(dòng)軌跡與理論預(yù)計(jì)的正好相反，可見，巴布科克假說是不成立的。
那么，黑子究竟是如何形成的呢？太陽(yáng)形態(tài)場(chǎng)模型認(rèn)為，黑子的形成與對(duì)流層氣體的環(huán)流運(yùn)動(dòng)有關(guān)。
根據(jù)對(duì)流層環(huán)流理論，日面氣體存在著環(huán)流運(yùn)動(dòng)。當(dāng)氣體由高緯度區(qū)向低緯度區(qū)流動(dòng)時(shí)，將形成無數(shù)小規(guī)模旋渦，在±30°緯度區(qū)，這些旋渦逐漸匯聚為較大規(guī)模的旋渦。對(duì)流層氣體上下層之間的流速是不一樣的，通過對(duì)日面振蕩的精細(xì)分析，天文學(xué)家們研究認(rèn)為，在光球下面一萬公里的對(duì)流層，自轉(zhuǎn)情況和表面差不多；再往深處走5000公里，自轉(zhuǎn)比表面快[1] 。就是說，日面氣體表層流速較慢，深層流速較快。根據(jù)流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，流體在流速大的地方壓強(qiáng)小，在流速小的地方壓強(qiáng)大，流體將從壓強(qiáng)大的地方向壓強(qiáng)小的地方流動(dòng)。因此，渦旋運(yùn)動(dòng)的氣體呈下旋態(tài)勢(shì)，為下旋式旋渦。
地球上的臺(tái)風(fēng)具有類似的情形，通過氣象云圖可以看到，形成臺(tái)風(fēng)旋轉(zhuǎn)氣流也呈下旋態(tài)勢(shì)，一般情況下，在旋渦中心會(huì)形成一個(gè)直徑為40公里的臺(tái)風(fēng)眼。臺(tái)風(fēng)眼就像由云層包圍的孤立的管子，它里面的空氣幾乎是不旋轉(zhuǎn)的，但有微量上升氣流。臺(tái)風(fēng)眼區(qū)外圍的空氣，向低壓中心旋進(jìn)，由于不易進(jìn)入眼區(qū)，而在其外圍上升，形成大片灰黑色臃腫高聳的云層。
同樣道理，日面上的下旋氣體旋渦隨著旋轉(zhuǎn)角動(dòng)量增大，在其渦旋中心也會(huì)形成類似“臺(tái)風(fēng)眼”的管狀洞穴。由于向下旋進(jìn)的氣體降低了對(duì)流層的熱量傳輸，且管狀洞穴本身不發(fā)射光線，因而呈現(xiàn)出黑色，這就是太陽(yáng)黑子。
天文觀測(cè)顯示，黑子形成之前，在光球上首先出現(xiàn)一片片光斑，它是日面氣體渦旋運(yùn)動(dòng)隆起的高原，溫度略高于周圍其他區(qū)域。隨著旋轉(zhuǎn)半徑增大，旋渦中心凹陷乃至出現(xiàn)孔洞時(shí)，才演變?yōu)楹谧印?/p>
通過觀測(cè)可以發(fā)現(xiàn)，太陽(yáng)黑子顯示出渦旋式的結(jié)構(gòu)特征。太陽(yáng)黑子是由較暗的核 [本影] 和圍繞它的較亮部分 [半影] 構(gòu)成的，形狀象一個(gè)淺碟，中間凹陷約500公里，中間溫度低，四周溫度高。在對(duì)黑子進(jìn)行高分辨率觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)，黑子內(nèi)存在著精細(xì)結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)為黑子內(nèi)磁力線隨深度有很強(qiáng)的扭轉(zhuǎn)和旋渦結(jié)構(gòu)。
通過對(duì)黑子本影的高分辨率觀測(cè)，可以觀測(cè)到本影點(diǎn)，其亮度與光球差不多，直徑約200公里，壽命約25～60分鐘，一個(gè)中等大小的黑子往往同時(shí)存在著20幾個(gè)本影點(diǎn)，在本影里還存在另一種活動(dòng)現(xiàn)象——本影閃耀，用CaⅡ的H、K線單色光觀測(cè)，本影閃耀是一種小而亮的移動(dòng)結(jié)，壽命只有50秒，直徑達(dá)到2000公里，以平均每秒40公里的速度向半影移動(dòng)。
一般來說，一個(gè)小黑子大約有1000千米，一個(gè)大黑子則可達(dá)20萬千米，比較而言，地球直徑卻只有12700千米。可見，雖然渦旋氣流的“風(fēng)眼井”很深，但如此大的口徑，即使在地球上觀察，仍然可以俯視到井內(nèi)深處。據(jù)此推斷，所謂本影點(diǎn)應(yīng)該是風(fēng)眼井底部一股股向上涌動(dòng)的熾熱氣流，我們?cè)诘厍蛏纤吹降闹皇巧嫌繗饬鞯捻敹?。這些氣流在垂直上升過程中，視直徑逐漸增大，最后沿井壁溢出，這時(shí)出現(xiàn)的就是本影閃耀現(xiàn)象。
黑子具有日面上最強(qiáng)的磁場(chǎng)，強(qiáng)度為1000～4000高斯。通常情況下，一個(gè)黑子群有兩個(gè)主要黑子，它們的磁場(chǎng)極性相反，如果前導(dǎo)黑子是N極的，那么后隨黑子就是S極的。在同一半球（例如北半球），各黑子群的磁極性分布狀況是相同的，而在另一半球（南半球）情況則與此相反。在一個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)周期（約11年）結(jié)束、另一個(gè)周期開始時(shí)，黑子的磁極分布便全部顛倒過來，這一現(xiàn)象被稱為黑子的磁極周期性轉(zhuǎn)換。
黑子磁場(chǎng)的起源，與黑子的渦旋結(jié)構(gòu)有關(guān)。雖然對(duì)流層為富負(fù)電荷區(qū)，但也同時(shí)含有大量的正電荷粒子，在環(huán)流運(yùn)動(dòng)中，正、負(fù)帶電粒子的電場(chǎng)方向一致。通過分析太陽(yáng)的普遍磁場(chǎng)，可以做出判斷，粒子的電場(chǎng)聯(lián)線方向與其運(yùn)動(dòng)方向相反，這一點(diǎn)對(duì)判定黑子磁場(chǎng)的性質(zhì)非常重要。
普遍磁場(chǎng)是對(duì)流層中的負(fù)電荷粒子，在太陽(yáng)自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中形成的，判定負(fù)電荷粒子圓周運(yùn)動(dòng)的磁場(chǎng)方向，適用于左手定則，即彎曲左手，讓四指與粒子的電場(chǎng)聯(lián)線方向相一致，則大拇指所指的方向，就是磁場(chǎng)的N極。正電荷粒子圓周運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)方向的判定，適用于右手定則。太陽(yáng)自西向東旋轉(zhuǎn)，普遍磁場(chǎng)的N極在太陽(yáng)自轉(zhuǎn)軸的北極附近，由此斷定，粒子的電場(chǎng)聯(lián)線方向與其運(yùn)動(dòng)方向相反。
由于帶電粒子間存在著電場(chǎng)和質(zhì)量場(chǎng)雙重作用，因此，對(duì)流層中的正、負(fù)帶電粒子并不是混合在一起，而是處在分離狀態(tài)。首先，在電場(chǎng)作用下，正、負(fù)帶電粒子的電場(chǎng)方向保持一致。與此同時(shí)，粒子質(zhì)量場(chǎng)平行排列，質(zhì)量場(chǎng)的作用特征是，同方向旋轉(zhuǎn)的質(zhì)量場(chǎng)相互吸引，逆向旋轉(zhuǎn)的質(zhì)量場(chǎng)相互排斥。正、負(fù)帶電粒子的質(zhì)量場(chǎng)處在逆向旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，因而產(chǎn)生排斥作用，發(fā)生分離。分離后的正、負(fù)帶電粒子分別形成了不同電荷性質(zhì)的粒子流，在渦旋運(yùn)動(dòng)中，它們的旋轉(zhuǎn)方向相同，形成的磁場(chǎng)方向相反，這就是雙極黑子磁場(chǎng)的由來。
參考圖示：
以北半球?yàn)槔?，?dāng)太陽(yáng)自轉(zhuǎn)處在減速狀態(tài)時(shí)，形成逆時(shí)針環(huán)流。由于環(huán)流氣體以負(fù)電荷粒子流為主流，當(dāng)粒子流向赤道方向回流時(shí)，這部分粒子流所處的緯度較低，首先進(jìn)入30°緯度區(qū)，形成逆時(shí)針旋渦，它就是前導(dǎo)黑子。根據(jù)左手定則判斷，前導(dǎo)黑子的磁場(chǎng)極性為N極。稍后，正電荷粒子流進(jìn)入30°緯度區(qū)，形成逆時(shí)針旋渦，它就是后隨黑子。根據(jù)右手定則判斷，后隨黑子的磁場(chǎng)極性為S極。
南半球的情況與北半球正好相反，南半球形成的是順時(shí)針環(huán)流，黑子為順時(shí)針旋渦。由負(fù)電荷粒子流形成前導(dǎo)黑子，正電荷粒子流形成的后隨黑子。根據(jù)磁極判定規(guī)則，前導(dǎo)黑子的磁場(chǎng)極性為S極，后隨黑子的磁場(chǎng)極性為N極。
經(jīng)過11年以后，進(jìn)入太陽(yáng)K振蕩的下半個(gè)周期，環(huán)流循環(huán)發(fā)生逆轉(zhuǎn)，日面氣體在北半球形成順時(shí)針旋渦，南半球形成逆時(shí)針旋渦。這時(shí)，北半球的前導(dǎo)黑子就會(huì)由N極變成S極，后隨黑子由S極變成N極；南半球的情況與之正好相反。
簡(jiǎn)言之，在太陽(yáng)一個(gè)K振蕩周期（22年）內(nèi)，前導(dǎo)黑子和后隨黑子的磁場(chǎng)極性翻轉(zhuǎn)一次，這就是黑子的磁極周期性轉(zhuǎn)換現(xiàn)象。
黑子在日面上的分布有一定的規(guī)律性，表現(xiàn)為東西分布的不對(duì)稱性和緯度分布的不均勻性。
所謂東西分布的不對(duì)稱性是指，任何時(shí)候看到的日面東半邊黑子比西半邊的多；在東邊形成的黑子比西邊的多，而且從日面東邊緣轉(zhuǎn)出來的黑子比在西邊緣消失的多。研究者認(rèn)為，這種現(xiàn)象是由太陽(yáng)自轉(zhuǎn)引起的，相當(dāng)于在單行車道上行駛，逆行遇到的車輛多，順行遇到的車輛少，屬于一種觀測(cè)效應(yīng)。
黑子的緯度分布的不均勻性是指，在太陽(yáng)活動(dòng)周開始時(shí)，南北半球黑子群的平均緯度在30°附近，隨著時(shí)間推移，黑子出現(xiàn)的緯度逐漸向太陽(yáng)赤道轉(zhuǎn)移，在極大年附近為15°左右，在活動(dòng)周結(jié)束時(shí)，黑子群的平均緯度約為8°；同時(shí)，在每一活動(dòng)周的末尾，新的黑子群又開始在高緯出現(xiàn)，形成前一周黑子在低緯和新一周黑子在高緯同時(shí)存在的情形，這樣的情形大約維持一年左右。以黑子群的平均日面緯度為縱坐標(biāo)，以時(shí)間(年份)為橫坐標(biāo)，繪出的黑子群在日面緯度上的分布圖，形狀象一群蝴蝶，又稱蝴蝶圖。從蝴蝶圖可看出太陽(yáng)黑子活動(dòng)有一個(gè)平均約11年的周期變化規(guī)律。
然而，也有特殊情況，英國(guó)天文學(xué)家蒙德爾指出，從公元1645年至1715年這70年間，太陽(yáng)活動(dòng)的平均水平特別低，極少出現(xiàn)黑子。天文學(xué)上把這段時(shí)間命名為“蒙德爾極小期”。美國(guó)天文學(xué)家艾迪根據(jù)收集到的證據(jù)進(jìn)一步指出，在近7500年來，太陽(yáng)活動(dòng)的水平并不是相同的，而是經(jīng)過了一系列的極小期和極大期，蒙德爾極小期只是其中最有名的一個(gè)，它至少發(fā)生過8～10次。
如何解釋蒙德爾極小期現(xiàn)象呢？太陽(yáng)黑子活動(dòng)的峰谷變化與對(duì)流層的K振蕩存在著密切聯(lián)系。當(dāng)K振蕩振幅達(dá)到最大值時(shí)，黑子活動(dòng)達(dá)到峰值；反之，當(dāng)K振蕩振幅達(dá)到最小值時(shí)，黑子活動(dòng)跌入谷底。由于K振蕩周期為22年，每11年達(dá)到一次最大值，因此，太陽(yáng)黑子活動(dòng)存在著11年周期。然而，K振蕩有時(shí)也具有不確定性，歷史上記錄的最長(zhǎng)的周期達(dá)到17.1年，最短的周期只有7.3年。就是說，K振蕩周期只是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定值，隨著太陽(yáng)內(nèi)核反應(yīng)的進(jìn)程而發(fā)生變化。如果K振蕩長(zhǎng)久滯留在對(duì)流層膨脹與收縮的節(jié)點(diǎn)不出來，太陽(yáng)自轉(zhuǎn)速度不發(fā)生變化，黑子活動(dòng)就陷入低谷期，這就是蒙德爾極小期。如果K振蕩超長(zhǎng)時(shí)間處在單調(diào)的膨脹或收縮狀態(tài)，黑子活動(dòng)一直保持高峰，這就是蒙德爾極大期。
耀斑
1859年9月1日，英國(guó)天文愛好者卡林頓在對(duì)太陽(yáng)黑子的常規(guī)觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)，在日面北側(cè)一個(gè)大的黑子群附近，突然出現(xiàn)了兩道極其明亮的白光，亮度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過光球背景，明亮的白光僅維持了幾分鐘，就很快消失了。同一天，英國(guó)天文學(xué)家霍奇森也看到了日面上的這次突發(fā)事件，這是人類歷史上有關(guān)耀斑的第一次記錄。
耀斑，是發(fā)生在太陽(yáng)大氣局部區(qū)域的一種最劇烈的爆發(fā)現(xiàn)象。它能在短時(shí)間內(nèi)釋放大量能量，引起局部區(qū)域瞬時(shí)加熱，向外發(fā)射各種電磁輻射，并伴隨粒子輻射突然增強(qiáng)。由于太陽(yáng)光球的背景輻射太強(qiáng)，因而大多數(shù)耀斑不能在白光中觀測(cè)到。20世紀(jì)50年代以前，太陽(yáng)耀斑主要是依靠Hα單色光和可見區(qū)的光譜觀測(cè)，這在地面上比較容易實(shí)現(xiàn)；因此，太陽(yáng)耀斑的早期定義是指Hα單色光看到的太陽(yáng)色球譜斑中的突然增亮現(xiàn)象，也稱為色球爆發(fā)。
多種手段的綜合觀測(cè)表明，耀斑發(fā)生時(shí)，從波長(zhǎng)短于1埃的γ射線和X射線，直到波長(zhǎng)達(dá)幾公里的射電波段，幾乎全波段的電磁輻射都有增強(qiáng)的現(xiàn)象，并發(fā)射能量從103電子伏特直到109電子伏特的各種粒子流。其中，電磁輻射增強(qiáng)主要發(fā)生在短波輻射（X射線和紫外光）和射電波段。
耀斑種類多樣，根據(jù)觀測(cè)手段的不同，主要分為光學(xué)耀斑、X射線耀斑等。常把可見光范圍內(nèi)的單色光觀測(cè)的耀斑，稱為光學(xué)耀斑；X射線波段觀測(cè)的耀斑，稱為X射線耀斑；與質(zhì)子事件相對(duì)應(yīng)的耀斑則稱為質(zhì)子耀斑。耀斑爆發(fā)時(shí)，各個(gè)波段的電磁輻射強(qiáng)度都迅速增強(qiáng)，并產(chǎn)生大量的等離子體拋射和太陽(yáng)宇宙線。
關(guān)于耀斑的爆發(fā)機(jī)制問題，一直是天文學(xué)界的重大研究課題，目前比較有影響的是磁場(chǎng)重聯(lián)理論。下面就從太陽(yáng)形態(tài)場(chǎng)模型的角度，對(duì)這一問題進(jìn)行探討。
太陽(yáng)形態(tài)場(chǎng)模型認(rèn)為，耀斑爆發(fā)與黑子活動(dòng)有關(guān)。太陽(yáng)黑子大多成群出現(xiàn)，每個(gè)黑子群由幾個(gè)到幾十個(gè)黑子組成﹐最多可達(dá)一百多個(gè)。黑子群按它的磁場(chǎng)極性分單極群、雙極群和復(fù)雜極性群，其中以雙極群為常見。黑子在演變過程中，其磁場(chǎng)強(qiáng)度隨黑子半徑的增大而增大。異性磁場(chǎng)相互吸引，對(duì)于雙極群和復(fù)雜極性群來說，當(dāng)相鄰異性黑子磁場(chǎng)強(qiáng)度增大到一定程度時(shí)，磁力線就會(huì)聯(lián)接起來，產(chǎn)生吸引作用。由于黑子磁場(chǎng)是由氣態(tài)帶電粒子構(gòu)成的，這個(gè)磁場(chǎng)像彈簧一樣是可以拉伸的；因而，在磁場(chǎng)力的作用下，構(gòu)成磁場(chǎng)的氣體將由一個(gè)黑子向另一個(gè)黑子產(chǎn)生噴射，釋放出大量能量，這就是耀斑爆發(fā)。
在氣體噴射過程中，高能量的帶電粒子將擺脫磁力線的束縛，直接射向太陽(yáng)上空的日冕層。黑子分為兩種，帶有正電荷的黑子和帶有負(fù)電荷的黑子。帶有正電荷的黑子噴射出去的粒子，以質(zhì)子為主，它們構(gòu)成了耀斑中的質(zhì)子成分，是質(zhì)子耀斑的發(fā)射源。在耀斑發(fā)射的粒子事件中，當(dāng)?shù)厍蛲杰壍捞綔y(cè)到的質(zhì)子能量大于10兆電子伏的通量超過10pfu時(shí)，表明這種事件中有很強(qiáng)的質(zhì)子流，即發(fā)生質(zhì)子事件，與之相對(duì)應(yīng)的源耀斑稱為質(zhì)子耀斑。帶有負(fù)電荷的黑子噴射出去的粒子，以電子為主，它們構(gòu)成了耀斑中的電子成分，是電子耀斑的發(fā)射源。同時(shí)，帶電粒子在加速運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生輻射，為耀斑增添了各種電磁波成分。兩個(gè)黑子向日冕層噴射高能帶電粒子，在太陽(yáng)色球單色像上，形成了兩條明亮光帶，又稱雙帶耀斑。當(dāng)高強(qiáng)度的黑子磁場(chǎng)噴射出去的帶電粒子達(dá)到一定量級(jí)時(shí)，在白光范圍內(nèi)也能觀測(cè)到，被稱為白光耀斑。
白光耀斑極為罕見，1859年卡林頓首次觀測(cè)的太陽(yáng)耀斑就是白光耀斑。觀測(cè)資料顯示，白光耀斑通常與大耀斑對(duì)應(yīng)，大多數(shù)也是發(fā)射高能粒子流、遠(yuǎn)紫外射線、硬 X射線（有時(shí)還有γ射線）以及強(qiáng)射電爆發(fā)的質(zhì)子耀斑或宇宙線耀斑。白光耀斑的發(fā)亮區(qū)往往有兩塊（也有一塊或多塊的，每塊亮區(qū)大小約為1013米2量級(jí)），其位置與典型的雙帶耀斑中的雙帶重合，而且分別位于黑子區(qū)磁場(chǎng)中性線的兩邊，但靠得很近，形狀很像是跨越中性線的磁流管的根部。白光耀斑發(fā)生時(shí)間與耀斑的閃光相一致，也就和硬X射線、遠(yuǎn)紫外射線以及微波射電爆發(fā)的時(shí)間一致。白光亮塊消失后，有時(shí)在雙帶耀斑的邊緣部位也出現(xiàn)白光增亮。同時(shí)，這種白光邊緣會(huì)以每秒40公里左右的速度運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為白光耀斑波 。
在雙極黑子的磁場(chǎng)作用過程中，中等能量的帶電粒子將沿著磁力線由N極黑子（或S極黑子）進(jìn)入到S極黑子（或N極黑子）之中，其運(yùn)動(dòng)軌跡是一條弧形曲線。需要說明的是，在磁力管道內(nèi)，帶電粒子并不是以直線形式運(yùn)動(dòng)，而是以螺旋形曲線向前推進(jìn)的。帶電粒子產(chǎn)生的電磁輻射，以氫的Hα線和電離鈣的H、K線為主，波長(zhǎng)在3900~7000埃范圍內(nèi)，稱為光學(xué)耀斑。
帶電粒子流由一黑子進(jìn)入另一黑子后，將發(fā)生電荷中和反應(yīng)，加之向外輸送帶電粒子流，因而，兩黑子的帶電量將同時(shí)減少。而黑子的磁場(chǎng)強(qiáng)度與所攜帶電荷量成正比，因此，耀斑爆發(fā)過后，勢(shì)必出現(xiàn)黑子磁場(chǎng)強(qiáng)度減弱的現(xiàn)象。觀測(cè)表明，在太陽(yáng)耀斑出現(xiàn)前后，黑子的磁通量都發(fā)生了變化，每小時(shí)變化超過180高斯。例如，1959年7月16日，質(zhì)子耀斑發(fā)生前后，發(fā)現(xiàn)在活動(dòng)中心整個(gè)強(qiáng)大的本影場(chǎng)強(qiáng)減少了2/3。
雙極黑子同時(shí)向?qū)Ψ桨l(fā)射帶電粒子流，又同時(shí)吸納對(duì)方發(fā)射過來的帶電粒子流，兩種粒子流不可避免地會(huì)在磁力線交匯點(diǎn)發(fā)生碰撞；其結(jié)果是，碰撞產(chǎn)生大量次級(jí)粒子，并伴有正負(fù)粒子湮滅現(xiàn)象，釋放出巨額能量。粒子碰撞反應(yīng)列式如下：
1992年，日本陽(yáng)光號(hào)衛(wèi)星拍攝的X射線耀斑照片顯示，在磁力線所構(gòu)成的拱門狀結(jié)構(gòu)的頂部，出現(xiàn)了一個(gè)奇怪的尖角，而通常的磁拱頂部是圓弧形的。2002年，美國(guó)航空航天局發(fā)射的拉馬第高能太陽(yáng)分光鏡成像探測(cè)器拍攝的耀斑光頂區(qū)域精細(xì)圖像，發(fā)現(xiàn)了相同磁拱尖角。有理由認(rèn)為，這個(gè)磁拱尖角是正負(fù)帶電粒子碰撞、湮滅點(diǎn)的熾熱氣團(tuán)發(fā)出的光亮。
綜上所述，耀斑是雙極黑子磁場(chǎng)聯(lián)接產(chǎn)生的一種能量釋放效應(yīng)，單極黑子群不會(huì)產(chǎn)生耀斑。觀測(cè)資料表明，耀斑以及一系列太陽(yáng)活動(dòng)現(xiàn)象大都發(fā)生在黑子群上空，且黑子磁場(chǎng)的梯度越大，或者黑子群的極性越復(fù)雜,就越容易出現(xiàn)耀斑。
日珥
在日全食時(shí)，太陽(yáng)的周圍鑲著一個(gè)紅色的環(huán)圈，上面跳動(dòng)著鮮紅的火舌，這種火舌狀物體就叫做日珥。日珥是在太陽(yáng)的色球?qū)由袭a(chǎn)生的一種非常強(qiáng)烈的太陽(yáng)活動(dòng)，是太陽(yáng)活動(dòng)的標(biāo)志之一。
日珥出現(xiàn)時(shí)，大氣層的色球酷似燃燒著的草原，玫瑰紅色的舌狀氣體如烈火升騰，形狀千姿百態(tài)，有的如浮云，有的似拱橋，有的像噴泉，有的酷似團(tuán)團(tuán)草叢，有的美如節(jié)日禮花，而整體看來它們的形狀恰似貼附在太陽(yáng)邊緣的耳環(huán)，故此得名為“日珥”
日珥通常發(fā)生在色球?qū)?，大的日珥高于日面幾十萬千米，還有無數(shù)被稱為針狀體的高溫等離子小日珥，針狀體高9000多千米，寬約1000千米，平均壽命5分鐘。一般說來，日珥可分為寧?kù)o型、活動(dòng)型和爆發(fā)型三大類。
日珥是怎樣形成的呢？這是學(xué)術(shù)界尚未解決的問題。下面就從太陽(yáng)形態(tài)場(chǎng)模型的角度，對(duì)這一問題進(jìn)行探討。
太陽(yáng)形態(tài)場(chǎng)模型認(rèn)為，日珥的形成與日面磁場(chǎng)的作用效應(yīng)有關(guān)，當(dāng)黑子磁場(chǎng)和太陽(yáng)整體磁場(chǎng)產(chǎn)生聯(lián)接時(shí)，引發(fā)渦旋氣體噴發(fā)，形成的就是日珥。
（1）活動(dòng)日珥
根據(jù)太陽(yáng)形態(tài)場(chǎng)模型，對(duì)流層氣體在環(huán)流運(yùn)動(dòng)中形成氣體渦旋，渦旋中心演化生成黑子，黑子磁場(chǎng)強(qiáng)度可達(dá)3000～4000高斯。在黑子形成之前，渦旋運(yùn)動(dòng)的氣體也將產(chǎn)生磁場(chǎng)，把二者統(tǒng)稱為H磁場(chǎng)。太陽(yáng)是自身是一個(gè)大磁體，整體磁場(chǎng)的兩極位于日面東西兩側(cè)，磁場(chǎng)強(qiáng)度為1000～2000高斯。在以下的討論中，設(shè)整體磁場(chǎng)的N極位于太陽(yáng)東半球，S極位于太陽(yáng)西半球。
假如黑子或氣體渦旋位于太陽(yáng)東半球，當(dāng)H磁場(chǎng)為S極時(shí)，就會(huì)與太陽(yáng)整體磁場(chǎng)N極聯(lián)接起來，構(gòu)成閉合磁力線回路。在磁場(chǎng)力作用下，渦旋運(yùn)動(dòng)的氣體作為磁體的組成部分，將擺脫太陽(yáng)引力的束縛，沿著磁力線路徑快速地盤升，進(jìn)入日冕層后向整體磁場(chǎng)的N極方向飄落；這時(shí)，形成的是拱橋狀日珥。
當(dāng)H磁場(chǎng)為N極時(shí)，將與太陽(yáng)整體磁場(chǎng)N極發(fā)射出來磁力線合并在一起，向西半球延伸，與整體磁場(chǎng)的S極相聯(lián)接，磁力線近乎與日面平行。在磁場(chǎng)力作用下，日面渦旋運(yùn)動(dòng)的氣體像龍卷風(fēng)一樣向上盤升，進(jìn)入日冕層后，沿磁力線向西半球方向飄逸；這時(shí)，形成的是龍卷日珥。
如果黑子或氣體渦旋位于整體磁場(chǎng)的極區(qū)，當(dāng)H磁場(chǎng)為N極時(shí)，與整體磁場(chǎng)的磁極方向相同。在整體磁場(chǎng)作用下，渦旋氣體垂直向上盤升，達(dá)到一定高度后，向四周飄散；這時(shí)，形成的是噴泉狀日珥。
在這里還應(yīng)考慮另一種情形，H磁場(chǎng)為S極的問題?？梢院?jiǎn)單地做出一種判斷，在磁場(chǎng)極區(qū)，帶電粒子流的渦旋運(yùn)動(dòng)，是無法生成與極區(qū)磁性相反磁場(chǎng)的，即不存在H磁場(chǎng)為S極的情形；因此，也就無需考慮H磁場(chǎng)與整體磁場(chǎng)的作用效應(yīng)問題。根據(jù)上述推理，我們還找到了單極黑子群的形成原因。正常情況下，極化后的帶電粒子流應(yīng)該生成雙極黑子群或復(fù)雜極性群，如果出現(xiàn)單極黑子群，則意味著有一半的帶電粒子流消失了。之所以形成單極黑子群，是因?yàn)檫@部分帶電粒子流向?qū)α鲗由顚有ァ?/p>
上述三種類型的日珥統(tǒng)稱為活動(dòng)日珥，其特征是，在磁場(chǎng)聯(lián)接過程中，渦旋氣體中的帶電粒子沿著磁力線路徑進(jìn)入日冕層，形成了日珥的精細(xì)結(jié)構(gòu)。觀測(cè)顯示，日珥的精細(xì)結(jié)構(gòu)一般由許多條細(xì)長(zhǎng)的氣流組成，流線上有稱為節(jié)點(diǎn)的亮塊或亮點(diǎn)。在日珥向上拋射或落下時(shí)，若干個(gè)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡往往是一致的。當(dāng)日珥離開太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，速度會(huì)不斷增加，而這種加速是突發(fā)式的，在兩次加速之間速度保持不變，在日珥節(jié)點(diǎn)突然加速時(shí)，亮度也會(huì)增加。
活動(dòng)日珥溫度在5000～8000K之間，投影到太陽(yáng)表面，呈現(xiàn)出暗黑色條帶，在暗條的足點(diǎn)處，經(jīng)?？梢钥吹胶谧?。當(dāng)然，如果旋渦中心尚未形成風(fēng)眼，那么在暗條的足點(diǎn)處就不會(huì)出現(xiàn)黑子。通常把黑子群上空的日珥稱為黑子日珥。
（2）寧?kù)o日珥
是指形態(tài)變化緩慢，在日面存在時(shí)間較長(zhǎng)的日珥。寧?kù)o日珥多為滯留在日冕層中的氣體云團(tuán)，直接在日冕層中生成的日珥又稱冕珥。
一般來說，渦旋氣體處在高度電離狀態(tài)，在磁場(chǎng)聯(lián)接過程中，來自太陽(yáng)整體磁場(chǎng)的帶電粒子與來自渦旋磁場(chǎng)的帶電粒子在磁場(chǎng)聯(lián)接的頂端——日冕層發(fā)生碰撞。其結(jié)果是，帶有異性電荷的離子相互結(jié)合生成中性原子，大量中性原子聚集形成細(xì)流狀氣體云，這就是冕珥。由于帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡只是一條光亮細(xì)流，不容易被觀測(cè)到，因而，給人的感覺冕珥仿佛是從日冕中直接“冷凝”出來一樣，令人不可思議。
構(gòu)成冕珥的氣體云從離子態(tài)轉(zhuǎn)為中性狀態(tài)，不再受日面磁場(chǎng)的束縛和控制，能夠長(zhǎng)期懸浮于太陽(yáng)大氣中，有時(shí)甚至可以形狀絲毫不變地在日冕中存在數(shù)月之久，被稱為寧?kù)o日珥。但是，在有些情況下，日冕中的氣體云也會(huì)帶上電荷，這是由于H磁場(chǎng)與整體磁場(chǎng)所提供的帶電粒子數(shù)量不均衡，多余的離子吸附在氣體云上的緣故。當(dāng)寧?kù)o日珥的電荷聚集到一定程度時(shí)，氣體云就會(huì)在磁場(chǎng)力的牽引下，沿磁力線路徑產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，這時(shí)寧?kù)o日珥就會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榛顒?dòng)日珥。寧?kù)o日珥的磁場(chǎng)強(qiáng)度約為10高斯，磁力線主要沿水平方向，與太陽(yáng)整體磁場(chǎng)方向一致。
（3）爆發(fā)日珥
如果黑子或氣體渦旋位于整體磁場(chǎng)的N極附近，H磁場(chǎng)為S極，那么，H磁場(chǎng)將與整體磁場(chǎng)產(chǎn)生吸引作用。由于二磁場(chǎng)距離較近，磁力線聯(lián)接貼近日面，因而，H磁場(chǎng)的磁軸將向極區(qū)方向傾斜。當(dāng)H磁場(chǎng)強(qiáng)度增大到一定程度時(shí)，高能量的渦旋氣流將跳出日面，以環(huán)形軌跡產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，相當(dāng)于整體磁場(chǎng)產(chǎn)生了感應(yīng)電流，這就是爆發(fā)日珥。
爆發(fā)日珥是日面上最為壯觀的日珥活動(dòng)，色球上突然騰起紅色氣焰，拋射出的氣體物質(zhì)高度可達(dá)幾十萬千米，然后火柱彎曲回落，形成一個(gè)環(huán)，所以爆發(fā)日珥又稱環(huán)狀日珥。
（4）針狀體
日面上分布著無數(shù)氣體渦旋，它們大小不一，大中尺度旋渦演化生成黑子，而小尺度旋渦也像黑子一樣，攜帶著不同強(qiáng)度的磁場(chǎng)。小尺度旋渦在與太陽(yáng)整體磁場(chǎng)、普遍磁場(chǎng)作用過程中，也會(huì)引發(fā)氣體噴射，這些小尺度日珥，被稱為針狀體。
觀測(cè)顯示，整個(gè)色球?qū)佣疾紳M了針狀體，其直徑在500公里左右，噴射速度約為每秒20公里，生命周期在5至10分鐘。任何時(shí)候，都至少有10萬根以上針狀體出現(xiàn)在太陽(yáng)色球?qū)哟髿庵? 一個(gè)典型的針狀體可以伸展到光球之上1,000至3,000公里的高度。它們通常和高磁性的區(qū)域聯(lián)系在一起，物質(zhì)的流量大約是太陽(yáng)風(fēng)的100倍。
觀測(cè)資料顯示，除針狀體以外，日珥在太陽(yáng)南、北半球不同緯度處都可能出現(xiàn)，但在每一半球都主要集中于兩個(gè)緯度區(qū)域，而以低緯度區(qū)為主。低緯區(qū)的日珥的分布與黑子的分布相似，按11年太陽(yáng)活動(dòng)周不斷漂移。在活動(dòng)周開始時(shí)，日珥發(fā)生在30°～40°范圍內(nèi)，然后逐漸移向赤道，在活動(dòng)周結(jié)束時(shí)，所處的緯度平均約為17°，這比黑子區(qū)域的平均緯度始終高10°左右。至于高緯度區(qū)，日珥大約在黑子極大期過去三年后才出現(xiàn)，一直存在到黑子極小期。高緯度區(qū)的日珥并不漂移，都在45°～50°范圍內(nèi)。上述兩個(gè)區(qū)域的分界約在緯度40°處。以上現(xiàn)象與渦旋氣體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律相吻合。
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