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常来说，太阳过于明亮，直接观看是不可能不伤眼睛的。但是当太阳被日落时的雾霭或者薄云遮住，亮度减弱到安全水平，或者使用一种特殊的暗滤光片，我们就能观测它，看到一个圆圆的、黄澄澄的发光圆盘。乍一看，日面是一个完美无瑕的圆盘，但是视力好的人却可以看到这个圆盘上有一两个小黑点。甚至，有时能看到成群的黑点。经过长期连续不断的观测，可以发现这些黑点在太阳的表面不停移动，日复一日，或增长或消失。这种现象就叫太阳黑子（图2）。

中国对太阳黑子的观测有悠久的历史。在最新的考古学调查中，科学家们研究和考证古代刻在骨头上的铭文后发现，在商代（前1500—前1050）甚至更早之前的中国，就已经很重视对太阳的观测。目前已知的系统的黑子记录始于汉代（从公元前206年开始），尽管并不清楚古时人们对黑子产生兴趣的原因，并且相关的记录也不多。好在许多记录描述得很清晰，使得我们了解到太阳在那个时候就像现在一样有黑子了，由此可见，太阳黑子是可见日面上普通的、长期存在的特征。

相比之下，古代西方似乎并没有多少关于黑子的记录，也许是受到当时“太阳是完美无缺的”观点的影响。但是在17世纪初，伽利略改变了西方社会的看法，那时他开始使用新发明出来的望远镜去观测包括太阳在内的天体。伽利略进行了仔细、反复的观测（这可能导致了他的失明），并绘制了黑子成长、衰亡和穿越太阳圆面的图画（图3）。通过研究这种系列图画以及对黑子穿越日面的路径的测量，伽利略推断太阳黑子是位于太阳表面的，并且是真实的太阳特征。这一推断在当时激起轩然大波：太阳黑子到底是真的位于太阳上，还是只是从太阳前方经过？又或者它是一种位于地球和太阳之间的云朵？人们针对这些问题争论不休。

图2 一大群太阳黑子的高分辨率图像。图中暗黑的区域是黑子本影（umbra），本影周围较亮的部分是黑子半影（penumbra），半影呈放射状，从本影边缘向外扩散。本影和半影都被未受扰动的光球（photosphere）包围着，也就是图像四周的米粒状图案，这些图案是广泛分布在太阳表面的、常见的米粒组织。

图3 正如我们看到的，伽利略和几个竞争对手首次看到并记录了太阳黑子的细节。这张图来自伽利略于1613年写的关于太阳黑子的书，书中展示了一组每日黑子图，揭示了太阳自转的存在。

第一批通过望远镜观测太阳的热潮过后不久，奇怪的事情发生了：黑子消失了。从1645年到1715年，恰逢法国路易十四统治时期，太阳变得几乎完美无缺。1688年，著名天文学家约翰尼斯·赫维留（Johannes Hevelius）也指出“好多年的时间，十年甚至更久，除了一些不重要的小黑子，我确信绝对没有观测到显著的黑子”。黑子缺席的这几十年，欧洲正处于“小冰河期”，气候异常寒冷。由此人们猜想，是不是黑子缺席导致气温变低？但是这两个时间段并不能完全吻合，“小冰河期”大概是1550年开始的，终结于1850年。而且来自冰川、降雪和冰核记录的间接证据，并不足以证明全球都像欧洲那样变冷了。因此，太阳黑子对气候变化的影响有多大仍然不确定。

然而到了19世纪，太阳黑子又回来了，它们开始有规律地增长或减少：在一定的周期内，有些年份太阳上布满大量黑子，有些年份则很少。从太阳黑子极小期到太阳黑子极大期需要几年时间，总体上看，从上一个极大期到下一个极大期，大约是11年。而实际上，不同的周期，时间长度会略有不同。对一颗恒星来说，在这么短的时间内发生如此显著的变化，是十分惊人的。人们通常认为，太阳是稳定的，并且需要数百万年才会发生重大改变。

截自太阳黑子高分辨率图像，可以更清楚地看见米粒组织。

太阳黑子的活动周期是人们试图解开的关于太阳的谜团之一。在解开这个谜团之前，得先弄清楚最基本的问题：太阳黑子到底是什么？为了寻找这一问题的答案，人们花费了数百年时间，最终的发现令人惊奇。

威廉·赫歇尔爵士（Sir William Herschel）于1738年生于汉诺威，出生时的名字叫作威尔海姆·弗里德里希·赫歇尔，是汉诺威军乐团双簧管乐手的儿子（赫歇尔后来也成了一流的音乐家）。1757年，在赫歇尔19岁的时候，他被送去英格兰，在那里继续从事音乐活动。直到18世纪70年代，他和妹妹卡罗琳（他说服妹妹来英格兰，在他的音乐会上当歌手）才把兴趣转向天文学。在卡罗琳的协助下，赫歇尔于1781年发现了天王星，这是两千年来首次发现新的行星，他以国王乔治三世的名字将其命名为乔治之星（Georgium Sidus）。为此，赫歇尔兄妹获得了终身津贴（每年，赫歇尔200英镑，卡罗琳50英镑），这使他们得以全身心地投入到天文学研究中。在对太阳的研究中，赫歇尔试图将伦敦的小麦价格和太阳黑子数的变化联系起来，并且他还发现太阳在可见光谱的红端之外还有巨大的能量发射，也就是现在我们所说的红外线。 赫歇尔提出，太阳黑子是太阳上的洞，好比人类眼睛上的瞳孔，通过它我们可以看到黑暗的太阳内部。随后，苏格兰天文学家亚历山大·威尔逊（Alexander Wilson，从1760年起担任格拉斯哥大学实验天文学会主席）也发现了这一情况，他注意到在日面边缘观测到的太阳黑子，看上去比可见日面低一些，就像太阳上有个洞一样。很多年以后，当热力学发展到了一定水平，证明威廉·赫歇尔的理论是站不住脚的。直到20世纪初，太阳黑子的本质仍然是一个谜。 3nPh/ng1kP8c9RJZnOeyyVPWY12pT0yFt7F0ORh7D0RlRoXHojMy+jyRbMKvrFqT