如何用肉眼觀看太陽黑子

太陽活動激增意味著巨大的太陽黑子正在空間天氣預報中。以下是如何安全觀看它們

A full-disk view of the sun in filtered light showing several sunspots on its Earth-facing hemisphere, as seen by NASA's Solar Dynamics Observatory

在這張濾光影像中,太陽黑子點綴著我們恆星的表面,這張影像由 NASA 的太陽動力學天文臺航天器於 2024 年 8 月拍攝。

NASA

太陽變得活躍起來了。

我們的恆星正在接近(甚至已經達到)其磁迴圈的頂峰,這意味著大量的太陽風暴——例如 5 月份照亮天空併產生極光的大型太陽風暴——以及太陽黑子。大多數太陽黑子都很小,需要使用望遠鏡才能看到,但有些太陽黑子非常大,可以用肉眼(可以說)看到——嗯,是充分保護的眼睛。而且它們可能比我們整個地球還要大——大得多

那麼,太陽表面的這些瑕疵是如何形成的,你又如何安全地觀看它們呢?


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太陽很熱。當然,這不足為奇。我們恆星的溫度隨著深度的增加而升高,在太陽核心達到峰值 1500 萬攝氏度。但即使在表面,溫度也高達 5,500 攝氏度。仔細想想,起泡這個詞用得不對,因為這樣的高溫實際上會汽化你的臉,而不僅僅是曬傷。

在這些溫度下,熱量足以從母原子中剝離電子,這個過程稱為電離。由此產生的物質不再僅僅是氣體,而是等離子體,電子可以在其中自由移動。

電子帶有負電荷。物理學的一個基本定律是,運動的電荷會產生磁場,而太陽內部有大量的電子。它們也不是隨意移動的。太陽熾熱的核心加熱了較冷的上層,以稱為對流的迴圈過程攪動著這些物質。您以前在地球上見過這種情況:熱空氣上升,冷空氣下沉,這就是熱氣球能夠保持漂浮的原因。

在太陽內部,對流產生巨大的等離子體流——數千個類似於傳送帶的塔狀結構,移動著所有自由帶電粒子。這種運動產生了一個磁場,每個塔狀結構都隨身攜帶,並且該磁場非常強強度是地球磁場的數千倍

等離子體及其相關的磁場上升,直到到達太陽表面。通常,等離子體會冷卻並掉落回落,但有時多個塔狀結構的磁場會纏繞在一起,像網一樣抓住等離子體並阻止其下沉。等離子體在表面冷卻,溫度下降超過 1,000 攝氏度。熱物體會發光,而且溫度越高,它們就越亮。磁性捕獲的等離子體比周圍的太陽表面更冷,因此它看起來是黑暗的,輪廓分明:一個太陽黑子。

由於一些仍然不太清楚的原因,太陽的整體磁活動在一個 11 年的週期內會增強和減弱,通常稱為太陽週期。現在我們正接近太陽活動極大期,此時磁活動達到頂峰。這應該發生在 2024 年底或 2025 年初,這意味著我們目前看到更多的太陽黑子。這也意味著更多的太陽風暴:磁場可以攜帶大量的能量,而纏繞的磁場會突然斷裂並釋放能量,形成極其強大的太陽耀斑,其爆炸能量可相當於數十億顆核彈。這也會觸發日冕物質拋射,即從太陽表面噴發出數十億噸等離子體,高速湧入太陽系。如果日冕物質拋射掃過地球,其磁場會與我們的磁場相互作用,將亞原子粒子匯入我們地球的大氣層並使空氣電離。當這些電子洪流與地球大氣層中的原子重新結合時,它們會發出特定色調的綠色、黃色和紅色光。這些鮮豔的顯示沿著地球磁場的形狀,在天空中形成滾滾的極光。

大多數太陽黑子直徑只有幾千公里,太小了,如果沒有雙筒望遠鏡或望遠鏡的輔助,就無法看到。但有些太陽黑子會變得非常巨大,直徑達數萬公里或更大。地球寬 13,000 公里,因此這些巨型太陽黑子可能比我們的星球大得多。一旦太陽黑子達到約 40,000 公里寬,它們就足夠大,可以被人眼分辨出來。肉眼可見的這些太陽黑子已經被觀察了幾千年;最早的記錄是由中國天文學家在近 3000 年前觀測到的

那麼如何觀測它們呢?

在正常情況下,太陽太亮了,無法安全直視。不僅是光的強度,還有紫外線和紅外線形式的輻射也會損害你的視網膜,因此僅僅使用深色太陽鏡是不夠的。事實上,太陽鏡會使情況變得更糟,因為變暗的太陽會讓你的瞳孔放大,從而讓更多的有害輻射進入。所以請不要嘗試這樣做。

日食眼鏡是你最好的選擇,《大眾科學》對它們的工作原理進行了描述。如果你有在四月份橫掃北美的日全食中剩餘的一些,那就萬事俱備了。如果沒有,美國天文學會列出了日食眼鏡供應商名單,而且大多數都相對便宜。我有幾副,放在我家朝南的窗戶附近,以備太陽決定長出“怪物”時使用。另一種選擇是使用“遮光號”為 14 或更高的焊工玻璃(遮光號越大,玻璃越暗)。當然,前提是你碰巧有一些 14 號焊工玻璃放在手邊!此外,有些雙筒望遠鏡和望遠鏡是專門為觀測太陽而設計的,它們還具有額外的優勢,可以讓你更詳細地觀察太陽活動。不過,它們可能很昂貴。

從技術上講,有時也可以在日落時安全地觀看太陽,那時太陽正好在地平線上,其光線因穿過更多地球空氣而被衰減。這可以阻擋大部分有害光。“大部分”在這裡承載著很大的分量,所以我不建議即使在這些稍微更有利的情況下也嘗試觀測太陽。

現在只需要耐心和晴朗的天空。太陽今年已經產生了四個肉眼可見的太陽黑子:一個在二月份,另一個在五月份,以及八月初同時出現的兩個幸運的雙重打擊,我親眼看到了。你可以檢視 SpaceWeather.com 以檢視是否有任何大的太陽黑子可見,或者訪問 NASA 的太陽動力學天文臺網站。在後者,向下滾動到標記為“HMI Intensitygram - colored”的影像,以檢查當前太陽朝向地球一側的太陽黑子。

雖然不能保證,但可以肯定的是,隨著太陽磁迴圈的持續增強,還會出現更多巨大的太陽黑子。它們甚至可能在太陽活動極大期之後的一段時間內出現,可能長達一兩年。因此,保持警惕,做好準備,你或許能夠用自己的眼睛看到太陽系中一些最大的結構。

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