太阳周期的历史

德国天文学家施瓦布(1789-1875)长期观察太阳黑子,发现鲁道夫·沃尔夫(1816-1893)是瑞士天文学家,他将太阳黑子的活动追溯到17世纪。

太阳周期是德国业余天文学家施瓦布在1843年发现的。他是在年复一年地观察和统计了17年太阳盘面上太阳黑子的平均数量后有了这一发现。鲁道夫·沃尔夫被这一发现深深打动,于是他追溯到17世纪的太阳活动史。起初,他只是对1745之后的观测数据进行了重构和编辑,最终在17世纪推回到最初的10年,这是伽利略最早的观测记录。由于太阳黑子的大小和许多不同类型的群体,沃尔夫着手制定了一个有效的分类和量化标准,一直沿用至今。

德国天文学家古斯塔夫·斯珀勒(1822-1895)注意到太阳黑子会随着数量的减少而向赤道漂移。

太阳周期的平均长度是11.1年,但最短的只有9年,最长的是14年。量的变化也有它的意义。太阳的最大值和最小值分别是每个世纪的最大值和最小值。黑子周期的计算是从一个最小值到下一个最小值。根据Wolf建立的数字模型,将1755-1766的周期编程为第一周期。在1715和1745之间观测到的黑子数量很少,是周期中的一个特殊点,不是人为的数据丢失。古斯塔夫·斯波勒(Gustav Sporer)首先注意到了这一现象,随后爱德华·沃尔特·蒙德(edward walter maunder)对这一奇怪事件进行了深入研究,因此这一时期现在被称为蒙德极小期(maunder minimum)。19世纪下半叶,Richard Carrington和Spoiler分别注意到,当周期开始时,太阳黑子出现在中纬度地区,随着周期的发展,太阳黑子的纬度逐渐接近赤道,直到极小期才出现在赤道上。这种模式的最佳视觉图像是所谓的蝴蝶图,由一对夫妇Walter和Anne Munder绘制(见图2)。将太阳的图像按纬度分成小条,计算出太阳黑子纬度位置的月平均值。这张地图是用垂直色码排列的,这张时间纬度图是一个月一个月做出来的。

图2:黑子蝴蝶的照片。该版本由美国国家航空航天局马歇尔空间飞行中心的Sun小组建立,并定期更新。

20世纪初,乔治·埃雷利·海尔和他的合作者阐明了太阳周期的物理基础。1908年,他证实了太阳黑子是强磁化区(这是第一次探测到地球以外的磁场),1919年,他进一步证实了太阳黑子的磁场是成对的:

在同一时期,同一个半球的磁场是相同的;

在同一时期,横跨半求的磁场是相反的;

在下一个循环中,两个半球的磁场将会交换。

海尔的观测表明,太阳周期是一个平均22年的磁场周期。但由于外部形态与磁场的关系并不明确,一般说太阳周期是11年。

半个世纪后,巴布科父子哈罗德·巴布科和霍勒斯·巴布科证实了太阳表面在黑子外也有磁场。这个较弱的磁场是第一类偶极子,这个偶极子的磁转换周期与太阳黑子的磁转换周期相同(见下图3)。这些不同的观察证实了太阳周期是一个磁场在太阳的整个时间和空间中传播的过程。

太阳周期和所见太阳黑子数的变化一样,在重建的历史中分为三种类型,即每月黑子数(橙色)、每年黑子数(红色)、1610-1750年黑子数(绿色)。一般认为这个时期之后的黑子数比较可靠。