7、太阳黑子生长周期
我们知道，太阳黑子数量并非一成不变，但其数量波动具有一定周期性。这一活动周期大约为11年。但是，我们至今还是对太阳黑子所存在的活动周期十分不解。我个人认为，11年周期的出现与太阳的体积、太阳稳固的自转周期和太阳内部稳定的结构有密切关系，尤其为黑子消失导致太阳爆发所产生的日珥存在稳定对映关系所决定。
在太阳黑子爆发消失过程中，不仅会产生耀斑现象，而且也会产生日珥等物质抛射现象。前面我们已经提到引发太阳黑子产生之源是日珥，而太阳黑子消失中又会产生日珥，并且两者确实存在近乎完美意义的对映关系，两者之间可能存在着循环相生的周期态势。这种循环相生的周期性也只有用高沸点物质液相汇聚体在太阳中反复汽化与冷凝才可能获得比较满意的解释。不过，这种日珥——暗条——黑子——耀斑——日珥循环相生模式的效验还需要我们做许多观测工作。
太阳活动期时常可见到日珥这样的奇观现象，不仅是来自太阳内部少数剧烈核反应区域引发的物质抛射，而且太阳黑子坠落光球内层导致耀斑出现的同时更会发生物质抛射。这些太阳抛射物质因为较太阳光球位置高很多，故而在光球边缘容易观察到耳状形态——日珥现象。不过，我们更容易观察到来自太阳背面高纬度区域的太阳物质抛射现象，因为它不容易为光球发光所淹没，也不会像日珥运动过太阳表面而呈现丝带状“暗条”。当然，我们正对太阳面上所发生的太阳爆发，其所抛射的太阳物质高度是很难直接观察到的，不过，通过它们以太阳风的方式抵达地球引发地球磁暴的大小是可以获知该类别太阳爆发的强弱程度，另外也可以通过所形成的日珥缓慢飘移到太阳光球边缘时进行甄别。
现在我们已经知道，有些日珥非常稳定，可存在达数年之久。宁静日珥多是一些规模和形态较大的日珥。不管日珥形态如何有差别，在日珥生存期里，它总是不断地向极点移动，同时对经度圈也愈来愈倾斜。日珥在参与太阳自转过程中，低纬度的部分始终转得快一些，于是越来越倾斜，最终使得暗条（日珥）平行于赤道。通常那些来自于多黑子区的日珥，会逐渐推移到太阳的两极，一年多以后最终会和极区的日珥合并 [2]。虽然日珥会在两极融合，但是我们至今没有发现在两极始终保持富集融合不变的庞大日珥存在，这说明日珥也是要逐步消失的。这些年还积累了不少的暗条发生消失之事件 [18 19]。
合并前两大暗条的运动惯性各不相同，这种差别往往是导致合并过程中暗条发生碰撞产生旋转和分裂的关键因素。暗条在两极的合并不仅会使得暗条物质发生浓聚，而且不同区域中的暗条物质会产生多种形式的旋转，这种旋转无疑会导致暗条发生严重分裂。暗条的分裂往往是多个太阳黑子产生的根源。当然，暗条分裂运动一般更容易发生在巨大暗条里。也可能巨大暗条更容易先于发生消失而产生爆发和耀斑，不能同其他暗条合并而转化为大型黑子。
暗条中处于太阳低纬度的部分转得快一些、高纬度的部分转得慢一些的事实，是非常有决定意义的因素。这样的条件自然会使得暗条在极区合并时各个融合部分的转动惯量各不相同，那些略微靠近赤道部分的暗条合并后转动惯量高于高纬度区域的暗条合并部分。这样的结果就会导致合并暗条很容易发生合并后的逐步分裂。同时，低纬度区域的暗条在合并后因自转速度较高，也会进一步加快和原暗条之间的断裂与分离，并以更快的速度漂移向赤道附近。如果这种分化发生在太阳的背面，当低纬度黑子复现在我们正对的太阳面时，我们甚至会以为太阳黑子生成是与暗条毫不相关的事件，所以，直至美国宇航局2006年向太阳背后发射成功两颗孪生太阳观察卫星以前，我们能观察到暗条转变的几率最多为50%。事实上，也只有在高纬度区域我们才能观测到暗条与太阳黑子生成的相关性，而且多个相对比较集中的太阳黑子的连线与那些位置原本存在的暗条十分相吻合。不过，目前这样联系起来的研究还比较少。
但是，由于暗条在两极区的运动惯量差异并非特别巨大，因此，暗条裂化而转变成多个太阳黑子的活动过程并不迅猛，而是相当缓慢，以至于我们很难立马观测到而迅速判断。日珥在两极区的这种合并活动时间较长，分化为明显可观测黑子的时间自然也很长。暗条在极区形成为黑子与合并暗条的稳定性有密切关联性。假如合并后的暗条稳定性很好，那么它还可能继续等待其他暗条到来后发生合并。这就是那些巨大太阳黑子产生的条件。
当然，暗条的运动特性完全是由稳定的太阳体积、太阳自转和太阳内部热核反应稳定机制等结构性元素所决定。没有太阳结构的稳定，暗条的运动就会大受太阳整体活动的影响。比如，太阳自转不够稳定的话，暗条作为太阳物质的一部分不可能不发生较大适应性变化；太阳内部热核反应机制不够稳定，不时发生剧烈爆发的话，暗条的运动也会不断受到冲击和制约。我们之所以始终认为太阳的体积、自转率和内部的稳定性是决定暗条稳定漂移向两极的重要力量，不仅是因为这些结构性因素决定了暗条漂移向两极的时间和在两极稳定存在的时间，而且也决定了黑子形成和漂移向太阳赤道附近的时间。不仅如此，那些大多数太阳黑子消失的区域相对比较集中，这种特性也意味着日珥产生区域的相对稳定，这样，日珥漂移向两极的时间就差别不大，这也是形成太阳黑子数周期呈现的一个重要原因。由于这些原因，我们完全可以通过细致的观测来进一步解释它们的运动规律，甚至可以提前许多年就做到准确预报来自预期太阳活动所造成的各种剧烈空间天气变化。不过，当今定义于一个暗条的演变过程的观测还是很少报道的。
一方面，太阳黑子会在赤道附近消失并产生喷发而形成日珥；另一方面日珥会以暗条形式存在而逐步漂移向太阳高纬度的两极，最终在高纬度区域发育出太阳黑子并向低纬度区域漂移，这样的情形实际上就是一种稳定的循环结构。之所以产生黑子复现数量稳定的周期性，最为关键的是一群黑子群消失会产生近于完美一一对映的日珥，这样，黑子数量丰盛的年度，产生日珥的数量就相对较多；黑子数量相对稀少的年度，产生的日珥数量也就相对稀少；加之日珥运动向两极又有相当稳定的时间跨度，日珥生成黑子时间也相对稳定，这就形成了黑子数量丰年出现以11年为稳定周期的规则。
另一个可以用作证实黑子来源于日珥的事实是，在较长时期内（连续若干个11年的时间段）来考核太阳黑子演变，那么，对于那些黑子数量相对丰盛的年度，在其后连续接替出现的几个周期里黑子数量峰值也应该非常接近，数值上一般不会有很大波动。同样，在太阳黑子数量相对较少的时期，其后周期复现大量太阳黑子的几个周期里也不会突然增加很大数量。这种已经充分得到证实的黑子性质完全是日珥形成数量和黑子消失阶段太阳暴发相互对应关系所决定的。
不过，确实还有可能存在一种更长时段的太阳黑子数峰值和低谷周期，这种高低谷的变化与太阳内部热核反应的剧烈与减弱有密切关系。热核反应的剧烈程度与形成巨大黑子和黑子群有密切关系，巨大黑子和黑子群又直接导致太阳爆发的激烈程度。已经有一些科学家在这方面做出了研究成果，表明太阳爆发确实存在以千年为尺度甚至更长尺度 [21 22] 的活动周期。
对于上面的分析，我们完全有理由相信，随着太阳演化和体积的变化，日珥和太阳黑子数周期出现也会有所变化。总之，伴随科学的发展，特别是天文观测技术水平的迅速提升，人类对太阳黑子的理解和探索将更加深入。
8、讨 论
太阳黑子物质中可能有相当量的C等元素，因为它们可以在强烈辐射下生成金刚石结构的碳，也可能生成碳化钨、碳化铪、碳化铌、碳化钽等高沸点物质，但是，要证实这些物质的存在只有通过分析光斑和耀斑光谱结构才能明确。碳元素特有属性所造成的在太阳表面分布的特殊性状，极有可能让我们误解得出“在太阳中碳元素所拥有的较高丰度表明它积极参与并构成为太阳热核反应的主要方式之一”的结论。研究太阳中的碳元素，对于确认太阳热核反应是否真实存在大量的“碳循环”十分重要。某些轻核元素多存在于太阳光球之外层不是不可能，但是，我认为确证“它们之间发生的核反应为维持太阳活动的主要贡献者”确实还需要做许多工作，也许现有教科书上所叙述的某些太阳热核反应结构模式本来就不存在。
来自太阳黑子的光谱信息非常重要，不仅使我们获得有关太阳黑子的组成信息，而且更能确证其在太阳演变中所发挥的重要影响。某些金属具有很高吸附气体的能力，在太阳外层，甚至太阳光球面上是否存在一种金属汽液态混合层，也很值得研究。是否太阳的发光与太阳外层金属离子发光能力次于轻元素相关，也即是说，太阳中被激发的大部分金属粒子是否多将能量转移给更容易激发后迅速退激发光的物质如象H、He、C、Na等元素，太阳以何种能量传递方式向外做电磁辐射，这同样是非常有意义的前沿课题。
一些来自耀斑的谱线表明，金属谱线的多样性和不对称非常严重，但这是否与太阳黑子中存在的形形色色同位素元素有关系呢？如何甄别这些金属谱线所对应的物质呢？如何区别来自黑子所接触的光球层物质和来自太阳黑子最深层物质的光谱特征？这对谱线机理的透彻了解也是很有必要研究的。
前面我们说到，我们确实在太阳黑子光谱中找到了锂、氟、氯、铯、铷等沸点很低的物质，按现有化学知识判断，它们能够存在于太阳黑子中似乎只能以形成了离子化合态的方式来解释，但是否它们参与下形成了更高沸点的物质，或者它们的流动和衰变成为了构成太阳黑子稳定的催化载体，在热传导中是否有着相当重要的功能，这一切还都是一个未知数。当然，复杂离子注入型高温合金研究一直是世界最前端的研究课题，我们至今还无法知道得更多。要进一步了解太阳黑子的复杂结构，也还有赖于这一类别科学研究的大力发展。
事实上，太阳黑子确实还存在多种温度，这可能是由于太阳黑子在形成中不断向外界散射能量的缘故形成的。特别是，太阳黑子面对太阳光球的正面因受到太阳光的辐射，温度会更高一些，而背对太阳光球的背面会因为散射能量而温度越来越低。因为这个缘故，太阳黑子的组成物质在面对光球的正反两面是有较大区别的，直面太阳光球一面的物质沸点更高于背对太阳光球面的物质。那些低沸点的物质总会因面对太阳光球的辐射而四散逃逸。不仅如此，就是同一个太阳黑子也会在不同时间段存在温度变化的问题。太阳黑子的温度通过它的光谱也可以确证，其中性金属谱线的加强，分子吸收光谱的出现，这些都表明太阳黑子可能存在更低的温度和更高一些的空间位置。我们也许需要特别留心观测高纬度地区太阳黑子的表征。
太阳米粒组织的成分是些什么，当然同样是相当复杂的，但我个人更倾向于米粒组织具有汽液混合相的特征。米粒组织对太阳维持能量平衡和保持基本粒子数量都具有极其重要的作用。没有米粒组织是不可能生成出太阳黑子的，在太阳黑子形成过程中必定有同米粒组织联系的机制。太阳体积十分庞大，局部米粒组织的温度是有一些差别的，这种温度差别对于太阳外层高沸点物质的冷凝并最终导致黑子的形成也非常重要。
图9: 美国宇航局2006年10月25日发射的孪生飞船于12月4日传回首批太阳图片。飞船采用不同色素测量了太阳不同地方的温度，图片显示太阳不同地方存在很大的温度差异。（2006年12月20日NASA官方网站）
太阳表面上那些丝带状“暗条”，它们的运动和断裂还可能与太阳外层气压和磁场有关系。太阳磁场对带电粒子的运动具有束缚作用，这种作用也更容易导致太阳低纬度区域汇集更多带电粒子，核反应在低纬度地区更加猛烈一些，这些地区也就更加炙热。太阳低纬度区域的温度高、气压高，而高纬度区域的温度较低、气压也较低，因而日珥更容易向太阳两极飘移，而逐步趋向于回落向太阳光球面。另一方面，这些磁场影响到丝带状暗条中带电粒子的运动，从而引发丝带暗条快速发生扭曲，也加速造成所成型的椭圆形太阳黑子具有更高的自旋速度。
我们对于日珥的消失方式确实有必要进行细致观测，它消失所需时间是否有其特定性也需要通过精细观测来确认，尤其是有必要开展针对定义下的多个日珥演变行为的研究更有助于我们理解太阳活动的规律。关于太阳黑子在高纬度区域略高于太阳光球的确证，我们同样也是可以采用如同观测日珥的方法来进行，不过，太阳黑子所处空间位置会大大低于日珥。
太阳黑子的形成过程可能同太阳系某些行星成型如出一辙。临近太阳的行星在太阳演化早期可能就是类似太阳黑子的表征。当太阳在体积上逐步收缩之后，行星也就逐步发育成型了。临近太阳的水星的怪异轨道可能保留着太阳黑子的影子。我们所居住的地球或距离太阳更远的行星，也就是太阳系中所有行星的运动轨道实际上都与所遭遇过的彗星或小行星碰撞迫使其改变轨道密切相关。可能正是这种撞击，才改变了行星可能发端于黑子而原所具有的运动特性。
上面那些有关太阳黑子高沸点物质液相汇聚模型的叙述中，有很多地方是可以结合到数学进行更好表述的，但鉴于我们的能力所限，一时也没有时间来整理。之所以急于完成写述太阳黑子新模型的研究工作，无非是想能够起到些微些抛砖引玉的作用，让更多的天文学家来关注和研究太阳黑子。太阳黑子周期出现一直是非常古老而十分迷人的事件。该模型虽然相当简单，但是它所企及的物理意义可能具有惊心动魄的意义。太阳活动强弱变化对于我们地球环境的影响是不言而喻的，波及面是多方面的。我们相信，通过从高沸点物质液相汇聚体角度所建立的太阳黑子新模型来讨论太阳黑子的形成和消解之谜，进一步结合正确的数学方法进行剖析和天文仪器观测验证，必将有助于推动天文学的发展。
真诚欢迎致力于天文观测和研究的各位专家和同仁批评指正。
2007年2月15日初稿 5月4~6日增改 7月8日再改 9月8日再次修改
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