黑子！黑子！你是太阳上的喷泉吗？

　　黑子！黑子！你是太阳上的喷泉吗？
　　文/袁玉刚 图/来自互联网
　　黑子是太阳光球上出现的暗黑斑点，是太阳活动的基本标志之一。本影温度大约为4500摄氏度，比周围光球层温度低1000到2000摄氏度。因为中间下凹部分呈现黑色，所以叫黑子。科学家们说，黑子本身并不黑，之所以看着黑是因为在更加明亮的光球衬托下，就显得黑了。
　　图1 太阳黑子
　　黑子由较暗的核心──本影和围绕着的较亮的晕环──半影构成。
　　图2 黑子模拟图
　　太阳黑子的磁场强度一般为1000～4000高斯，由本影向半影、边缘逐渐减小。看起来，黑子是一个旋涡，中心是本影，一个黑色的洞，磁力线垂直穿出穿进，但没有高能粒子；外围是半影，明亮的丝状、高温等离子体气流，磁力线与太阳平面呈一水平夹角，而逐渐与太阳平面平行。
　　黑子的磁场强度是随时间变化的。刚出现时，磁场强度迅速上升到极大值，然后稳定一段时间，随着黑子的瓦解和消失，磁场强度呈线性衰减。
　　黑子具有埃费希德效应，高能粒子沿洞壁上及半影里的磁力线旋转流出或流入。
　　黑子成双成对，或者成群结队。西边的前导黑子与东边的后随黑子极性相反。前导黑子群的极性相同，后随黑子群的极性也相同，但两个群极性相反。极性相同的一群黑子叫单级群；极性相反的一对黑子群叫双极群；群中极性分布不规则的叫复杂群。黑子群越大，磁场极性越复杂，磁场强度也越大。
　　起初，黑子群只是个小黑点，逐渐发展成由两个极性相反的大黑子构成的双极黑子群，距离越来越大，温度缓慢地降低至4000摄氏度，然后逐渐分裂，最后消失。
　　奇怪的是，观测发现，在黑子表面以下5000km深处，温度明显高于邻近区域，与黑子表面温度比周围低的情况正好相反；黑子的上面是耀斑、日珥。
　　图3 前导黑子与后随黑子
　　更有意思的是，南北半球的前导黑子极性相反。如果北半球的前导黑子的极性为N极，南半球的前导黑子的极性就一定为S极。
　　图4 前导黑子与后随黑子极性相反
　　黑子具有明显的周期性。天文学家把太阳黑子最多的年份称为＂太阳活动峰年＂，把太阳黑子最少的年份称为＂太阳活动宁静年＂。
　　在一个周期内，黑子都出现在纬度8°～45°。大多数周期内，黑子都在日面纬度30°附近出现，之后又在靠近赤道的地方出现，直至纬度8°。一个周期的黑子还没最后消失，下一个周期的黑子又在纬度30°附近出现了，并且前导黑子的极性与前一周期的相反，预示着太阳南北极磁性翻转。这个周期大约是22年。
　　图5 黑子蝴蝶图
　　黑子的成因是什么呢？答案众说纷纭。最著名的是巴布科克的热对流和较差自转学说。
　　1961年，天文学家巴布科克提出的模型认为，太阳偶极磁场冻结在等离子中，由于较差自转，子午面上的磁力线缠绕起来。光球下面的对流运动使加强了的磁通量管扭结成绳子的形状，从而增大了磁力线密度。小尺度湍流使磁绳中出现扭结，致使小区域中的场强变得更大，磁浮力也增大，磁场上浮涌出表面，形成双极黑子。黑子首先出现于纬度±30°附近的区域，是因为该处磁场的切变率最大。由于太阳内部自转得比表面快些，低纬处的场强增大而高纬处的场强下降，所以发生黑子的区域就移向赤道。这个模型既可说明蝴蝶图、黑子极性的分布、前导黑子的纬度比后随黑子的稍低等事实，又能解释22年周期中极性的反转现象。
　　图6 磁力线浮出太阳表面
　　巴布科克模型美则美矣，可惜解释不了黑子下边温度比周围高的事实，更解决不了黑子中心黑、温度低与周围亮、温度高的矛盾。磁力线是假想的线，能浮出来吗？黑子与磁场究竟是什么关系？
　　现在，我提出一个模型，最简单的模型：太阳＂喷泉＂。
　　图7 太阳磁场
　　在我看来，太阳上的喷泉到处都是，两极最大。太阳在外力的推动下，从两极喷发物质，向赤道落下。黑子是两极喷发形成的次级喷泉，温度应该比周围的高。两极喷发越强，黑子就越多、越大。喷泉喷发出氦原子核、质子和电子，组成 太阳风，伴随着强大的磁场。
　　注意：这里不需要磁纠缠、磁拴塞，不需要磁场推动物质粒子前进，也不需要物质粒子形成磁场，而是在外力的推动下共存共兴。
　　在光球上，先看到耀斑、光桥，喷泉喷发了。再往后，就看到黑子。黑子越来越大、越来越多。有的还在自转。后来，黑子慢慢消失了，喷泉停歇了。
　　喷泉模型就这么简单。大道至简。
　　现在释疑。
　　1、黑子为什么是黑的？
　　因为物质粒子喷空了，本影里没有了物质粒子，只有磁力线，所以，本影显得黑了。就像即将喷空的礼花盒一样，虽然周围还亮着，但中心已经黑了。
　　图8 黑子照片
　　2、前导黑子为什么与后随黑子极性相反？
　　因为前导黑子绕磁力线旋转喷出后向后落下，所以，后随黑子自转方向相反，极性也相反。黑子在分裂之前出现的跨越本影的亮桥其实就是前导黑子和后随黑子的纽带即日珥。
　　图9 日珥
　　3、相邻周期前导黑子极性为什么相反？
　　因为太阳绕轨道线螺旋前进，半个周期后刚好到达轨道线的另一侧，太阳两极喷发强度改变，磁场翻转了。前导黑子的极性被迫变化
　　4、为什么黑子在纬度30°附近出现，在赤道附近消失？
　　黑子是两极喷发形成的次级喷泉。随着两极喷发的强度越来越大，黑子的形成区间就越来越靠近赤道。其实，黑子应该在两极附近出现。但在地球上看不见。直到30°时才能看清楚。
　　2009年6月，美国亚利桑那州图森国家太阳天文台的雷切尔· 豪宣布，观察到太阳极区附近产生喷发，并且缓慢地从极区向赤道迁移。当达到22纬度区时，才成为黑子。