【太陽黑子】 - ott板

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104學年地科＿天文13：太陽黑子；太陽系形成 - YouTube
介紹太陽黑子，說明週期及數目多寡的意義。播放太陽黑子影片。以文字、圖片、影片說明太陽系如何形成。

看板 ott

作者 ott (寶貝)
標題【太陽黑子】
時間 2011年01月18日 Tue. PM 10:50:49

發佈時間：2013年11月17日
Could the Kill Shot Come Soon My Friends ?

Sprawling sunspot AR1897 has a 'beta-gamma' magnetic field that harbors energy for Earth-directed M-class solar flaresRARE DOUBLE-COMET FLYBY OF MERCURY: NASA's MESSENGER spacecraft is about to get a close-up view of Comet ISON's outburst. On Nov. 18-19 Comet ISON and Comet Encke both will fly by Mercury, the planet MESSENGER is orbiting

類別
教育

http://www.ss.ncu.edu.tw/~SpaceEdu/vls/lp2.htm

【太陽】

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何謂太陽黑子？

太陽黑子是太陽表面較冷，看來較黑的部份，它中間較暗的部份稱為本影區(umbra)，週圍較淡黑部份稱為半影區(penumbra)。平均而言太陽黑子的大小約為地球直徑的二倍，平均壽命可持續長達一星期左右。通常黑子習慣成群的出現，大的黑子群可能包含100個以上的單獨小黑子，有時長達二個月才消失。西元1610年，伽利略藉由太陽黑子的觀察，發現太陽的自轉週期約為27日。

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黑子的種類：

依照蘇黎世大學天文台的分類法，黑子共分為九類，各用一個大寫的英文字母為代表，依序為：

1.
單獨孤立的小黑子，少數會集結成群，沒有半影也沒有雙極性。

2.
沒有半影，但具有雙極性的小黑子群。

3.
有雙極性，且其中一極的主黑子有半影。

4.
有雙極性，各極的主黑子均有半影，但其中一方的結構較簡單，且整群的寬度在太陽面的東西方向上不超過10度。

大型有雙極性的黑子群，各極的主黑子均有半影，且黑子的結構較Ｄ型複雜，在主黑子間多數有小黑子存在，整群的寬度超過10度。

6.
很大的雙極黑子，或比Ｅ型更為複雜的大黑子群，整群的寬度超過15度。

7.
大型且具雙極性的黑子群，寬度超過10度，但在兩極的主黑子之間沒有小的黑子散佈。

無雙極性但主黑子有半影的黑子群，主黑子通常為圓形，且直徑大於2.5度，在周圍還有小黑子散佈著，有時也會出現複雜的結構。

無雙極性但主黑子有半影的黑子群，主黑子通常為圓形，但直徑小於2.5度，在周圍還有小黑子散佈著。

備註：

mso-pattern:gray-15 auto">在民國七十年以前，太陽黑子的觀測室由瑞士蘇黎世大學太陽黑子研究中心收集整合全球各地的觀測資料，並每月發表黑子相對數供各地觀測者參考。

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黑子的形成：

解釋(1)

一般認為太陽黑子和其活動性，起源於熱對流與各部份的較差自轉，但完善的理論仍缺如。在1960年美國天文學家Babcock提出一個很簡單的模型，來解釋部份太陽黑子週期的特性。

Babcock理論：

太陽赤道部分的轉速(自轉週期約25天)，較南北極部分的轉速(自轉週期約35天)快，由於旋轉速度的差異性，造成磁力線的糾結。太陽內部的擾流將此磁力線糾結部分浮出太陽表面而形成所謂的太陽黑子。磁力線的糾結，從高緯度開始，到了低緯度已是糾纏的太頻繁，造成磁力線斷裂，磁場南北極互換，再開始另一次的太陽黑子週期。

解釋(2)

黑子的中心部份溫度約4240K，光球層溫度約5800K，因而黑子部份看來較光球層暗（黑子較冷）。1908年美國天文學家George

Ellery Hale發現黑子區內的磁場現象，而對黑子的形成有較具體的了解。由於磁場影響了原子的基本能階，若沒有磁場，原子將吸收某些特別波長的光子，產生吸收譜線，假如有磁場存在，原子能階會被分成多重能階，原先的單譜線則被分成三條或更多的細線，此稱為Zeeman

Effect，譜線分開的程度則和磁場的強弱有關。Hale
利用譜線分離的程度可測出太陽黑子的磁場強度
，他發現黑子附近的磁場比太陽的平均磁場高出約1000倍（地球平均磁場約0.5

Gauss，太陽平均磁場約1.0 Gauss，黑子則高達約1000 Gauss），此說法解釋了太陽黑子是由強磁場抑制對流能量傳輸所造成。由於高度游離化的原子都帶有正電性，在強磁場內被束縛住，因而這些氣體原子和磁場互相牽制在一起，而在光球層下的對流能束將被黑子區內的磁場限制、減弱，因而黑子區內溫度較低，對比上也較光球層暗。

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黑子的週期：

太陽黑子的數量並非固定的，1843年德國業餘天文家Heinrich

Schwabe發現黑子的數目變化量有11年的週期，此稱為太陽黑子週期。在太陽黑子最大期，平均任何時間均有100顆左右的黑子，而在最小期黑子數量只有幾顆而已。在每次黑子最大期開始時，黑子大都出現在太陽赤道南北35° 的區域內，但當進入極小期，則黑子只出現在赤道南北5° 範圍內而已，如長期依黑子緯度相對時間作圖，可看到蝴蝶狀圖形，這種現象是英國皇家格林威治天文台的E.Walter

Maunder首先發現，故又稱之為Maunder Butterfly Diagrams。

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黑子的主要性質：

1.
中心溫度較其他太陽表面低。

mso-bidi-font-size:14.0pt;font-family:">中心的溫度約4000° K，與其他太陽表面對比較冷故呈黑色，但實際上單一黑子的照度與滿月相去不遠。黑子的大小不一，最大者可達地球直徑的兩倍。

2.
黑子常成群出現。

mso-bidi-font-size:14.0pt;font-family:">多數太陽黑子成群結隊隨太陽自轉移過日面，每群黑子中通常有前導和後隨黑子之分。早在珈利略時代就己發現觀測黑子在日面的的運動

，可以找出太陽的自轉週期。黑子持續約數日至數月不等。前導黑子和後隨黑子的磁極性相反，南、北日球黑子群的極性也恰好相反。

3.
黑子與太陽磁場的分佈有關。

美國天文學家Hale
在1908 年，利用Zeemann
效應所造成的太陽鈣元素之光譜線分裂，來測量太陽表面的磁場。發現太陽黑子處的磁場約為太陽表面平均磁場的數百倍。

4.
太陽黑子週期約為11
年。

如取過去世界各地所觀測黑子的平均數目，對年份作圖，即可看出太陽黑子的週期性變化
。每一黑子週期長者可達13.3年，短的只有7.3年，而平均值是10.8
年，所以現在最常被引用的黑子週期為11 年。

5.
太陽的磁週期約為22年。

mso-bidi-font-size:14.0pt;font-family:">如果在前一個太陽黑子週期中，北日球的前導黑子磁極性為N，則後隨黑子的磁極性必為S。而此時在南日球的前導黑子與後隨黑子的極性與北日球完全相反。而在下一個黑子週期中，北日球的前導黑子磁極性為S，後隨黑子的磁極性為N，南日球黑子群的極性也與前一週期相反。太陽磁週期為黑子週期的兩倍約為22年。

6.
太陽黑子的分佈–Maunder蝴蝶圖(Maunder
butterfly diagram)

mso-bidi-font-size:14.0pt;font-family:">如以年份為橫軸，而以黑子出現的緯度為縱軸，畫出太陽黑子分佈圖，天文學家發現太陽黑子週期開始時，黑子主要出現在南、北緯約35° 處，而在週期結束時，黑子通常出現在南、北緯約5° 處。在同一週期中黑子的分佈形狀像一隻蝴蝶，稱為Maunder蝴蝶圖。

太陽黑子(sunspot)

下圖(Fig.2)則是太陽黑子所呈現出的11年週期變化特性，其發生位置緯度逐年的紀錄出現有如蝴蝶狀的有趣圖案，其分步面積的大小則相對著太陽活躍的程度，由於黑子數最多的一、兩年，太陽表面的電漿與磁場的活動也最頻繁，因此被稱之為太陽黑子數目或太陽活動極大期(Solar

Maximum)。相對的黑子數最少的一、兩年就被稱之為太陽黑子數目或太陽活動的極小期(Solar

Minimum)。