太陽(yáng)黑子的發(fā)現(xiàn)

蔡呈騰

（溫州市第二外國(guó)語(yǔ)學(xué)校， 浙江 溫州 325000）

太陽(yáng)黑子的發(fā)現(xiàn)

蔡呈騰

（溫州市第二外國(guó)語(yǔ)學(xué)校， 浙江 溫州 325000）

發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)黑子及其活動(dòng)規(guī)律的過(guò)程漫長(zhǎng)而艱辛。中國(guó)漢代時(shí)就有對(duì)太陽(yáng)黑子的記錄，其后，天文望遠(yuǎn)鏡的出現(xiàn)，使太陽(yáng)黑子及其活動(dòng)規(guī)律被發(fā)現(xiàn)成為可能。這其中，哈里奧特、法布里休斯、伽利略、施瓦布、沃爾夫、卡林頓、斯波勒、蒙德夫婦、海爾等人都作出了重要貢獻(xiàn)。

太陽(yáng)黑子；活動(dòng)規(guī)律

太陽(yáng)大氣層里一切活動(dòng)現(xiàn)象總稱為太陽(yáng)活動(dòng)。太陽(yáng)活動(dòng)主要有太陽(yáng)黑子、光斑、譜斑、耀斑、日珥和日冕瞬變事件等。相對(duì)來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)黑子是最典型的太陽(yáng)活動(dòng)。太陽(yáng)黑子實(shí)質(zhì)上不是太陽(yáng)大氣層中出現(xiàn)黑色，而是指相對(duì)周圍來(lái)說(shuō)，溫度較低的部分，所以對(duì)比看起來(lái)成為“黑子”（見(jiàn)圖1）?，F(xiàn)代科學(xué)研究表明，有大群黑子出現(xiàn)時(shí)（稱為太陽(yáng)黑子的峰年），會(huì)出現(xiàn)磁暴現(xiàn)象，造成地球上的指南針會(huì)亂抖動(dòng)而不能正確指示方向、干擾電磁場(chǎng)、影響電磁波等，甚至使無(wú)線電通訊受到阻礙或中斷；同時(shí)，太陽(yáng)黑子峰年時(shí)，地球上氣候會(huì)變得干燥，而太陽(yáng)黑子處于谷年時(shí)則氣候潮濕，甚至暴雨成災(zāi)；太陽(yáng)黑子也與地震有關(guān)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)太陽(yáng)黑子數(shù)目增多時(shí)，地球上的地震也會(huì)增加；另外，植物學(xué)家也發(fā)現(xiàn)，樹(shù)木的生長(zhǎng)情況也隨著太陽(yáng)黑子活動(dòng)的周期性變化而變化，太陽(yáng)黑子多的年份，樹(shù)木生長(zhǎng)得快。經(jīng)過(guò)科學(xué)統(tǒng)計(jì)，太陽(yáng)黑子活動(dòng)的周期約為11年。

圖1　太陽(yáng)黑子

人類對(duì)太陽(yáng)黑子的認(rèn)識(shí)由來(lái)已久，但并非一開(kāi)始就有很科學(xué)的認(rèn)識(shí)。在天文望遠(yuǎn)鏡被發(fā)明之前，人們只能依靠肉眼去觀察太陽(yáng)，但是肉眼直接觀察太陽(yáng)，這是非常危險(xiǎn)的行為，很有可能會(huì)使人失明。除此之外，在古代的歐洲，古希臘先哲亞里士多德（前384～前322年）的宇宙觀是：天體是永恒不變的和完美無(wú)缺的。這種宇宙觀念被基督教神學(xué)所利用，認(rèn)為上帝創(chuàng)造的日月星辰，肯定是完美的。太陽(yáng)“是一只滿裝著上天光輝的容器，從太陽(yáng)被創(chuàng)生的一剎那起，它從來(lái)未曾發(fā)生過(guò)變化，而且在未來(lái)的任何一個(gè)時(shí)刻，太陽(yáng)也不會(huì)發(fā)生變化，直到上帝樂(lè)于把它引向終結(jié)的時(shí)候?yàn)橹埂?。這種思想成為整個(gè)歐洲中世紀(jì)禁錮科學(xué)思想的精神枷鎖，束縛了人們科學(xué)的理性發(fā)展。在這種思想觀念支配下，即便人們用肉眼看到了太陽(yáng)黑子，也以為這是一種錯(cuò)覺(jué)。因此，在歐洲漫長(zhǎng)的歷史中，關(guān)于肉眼觀察太陽(yáng)黑子的記錄只有8條，而且這8條記錄也非常簡(jiǎn)單，其中最早的記錄出現(xiàn)在公元前300年左右的古希臘泰奧弗拉斯托斯（約前372～前286年，古希臘哲學(xué)家和科學(xué)家，先后受教于柏拉圖和亞里士多德，后來(lái)接替亞里士多德，領(lǐng)導(dǎo)其“逍遙學(xué)派”，以《植物志》《植物之生成》《論石》《人物志》等作品傳世）。相比來(lái)說(shuō)，中國(guó)古代肉眼觀察太陽(yáng)黑子的記錄要多了許多。僅僅統(tǒng)計(jì)中國(guó)古代的正史，關(guān)于太陽(yáng)黑子就有100多次的記錄。

目前，被公認(rèn)為世界上第一次確切記載太陽(yáng)黑子觀察記錄的，是公元前28年我國(guó)漢朝人所觀測(cè)到的，正史《漢書(shū)·五行志》里記載：“成帝河平元年三月乙未（據(jù)考證，應(yīng)為‘己未’），日出黃，有黑氣，大如錢，居日中央”。這是記載公元前28年5月10日的太陽(yáng)，這里的“有黑氣，大如錢”就是指太陽(yáng)黑子和它的大小。其實(shí)，我們有其他證據(jù)說(shuō)明，中國(guó)古代記載太陽(yáng)黑子的歷史還要早得多。成書(shū)于西周的中國(guó)哲學(xué)著作《周易》中就有“日中見(jiàn)斗”，一些人認(rèn)為“日中見(jiàn)斗”中的“斗”就是太陽(yáng)黑子，只是西周人還沒(méi)有這樣的認(rèn)識(shí)。

在歐洲，公元807年3月17日，本尼迪克特的僧侶Adelmus觀察到一顆肉眼可見(jiàn)的太陽(yáng)黑子，持續(xù)了8天，但是Adelmus錯(cuò)誤地認(rèn)為觀測(cè)到的是水星凌日（即水星運(yùn)行到太陽(yáng)與地球之間）的現(xiàn)象。當(dāng)法蘭克王國(guó)國(guó)王查理曼（742～814年，查理大帝，他建立了囊括西歐大部分地區(qū)的龐大帝國(guó)，被后世尊稱為“歐洲之父”）逝世時(shí)的公元814年1月28日，太陽(yáng)也出現(xiàn)了大黑子。英格蘭伍斯特郡的約翰也描述了1129年的黑子活動(dòng)。當(dāng)然歐洲文獻(xiàn)中還有其他關(guān)于太陽(yáng)黑子被觀察到的一些記錄和描述。但是，這些觀察到的現(xiàn)象都被誤解為是“行星凌日”。

真正對(duì)太陽(yáng)黑子的觀測(cè)，當(dāng)然是天文望遠(yuǎn)鏡出現(xiàn)以后。1610年后期，英國(guó)天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家、翻譯家托馬斯·哈里奧特（Thomas Harriot，1560～1621年）、法里孫群島（荷蘭、德國(guó)和丹麥海岸的鏈狀島群）的約·法布里休斯（Fabricius Johannes，1587～約1615年，荷蘭籍天文學(xué)家）和他的父親大衛(wèi)·法布里奇烏斯（David Fabricius，1564～1617年，德籍牧師、天文學(xué)家）首先使用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)了太陽(yáng)黑子，并在1611年6月提出了報(bào)告（法布里奇烏斯父子都是天文學(xué)家，但命運(yùn)悲慘，兒子去世兩年后，老法布里奇烏斯也被暗殺身亡）。1610年近年底的時(shí)候，著名天文學(xué)家伽利略（1564～1642年）利用他自制的天文望遠(yuǎn)鏡，在落日的煙霧中觀測(cè)太陽(yáng)，每一次觀測(cè)時(shí)，他都在日輪上看到了暗色的斑點(diǎn)（有人認(rèn)為，伽利略的失眠就是這時(shí)用天文望遠(yuǎn)鏡觀察太陽(yáng)后造成的，這是嚴(yán)重的誤傳。此時(shí)的伽利略雖已46歲，但視力正常。伽利略失眠那是再過(guò)24年以后的事。但是，直接用肉眼觀察太陽(yáng)，或者沒(méi)有加以防護(hù)用天文望遠(yuǎn)鏡直接觀測(cè)太陽(yáng)，都極有可能造成對(duì)視力的不可逆轉(zhuǎn)性損傷，甚至失明）。1611年，伽利略觀察到太陽(yáng)黑子及其運(yùn)動(dòng)，并對(duì)比了太陽(yáng)黑子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和圓運(yùn)動(dòng)的投影原理，論證了太陽(yáng)黑子是在太陽(yáng)表面上的（見(jiàn)圖2）。1613年，伽利略發(fā)表了《關(guān)于太陽(yáng)黑子的書(shū)信》。

圖2　伽利略記錄的移動(dòng)的太陽(yáng)黑子

同一時(shí)期，德國(guó)天文學(xué)家克里斯托弗·沙伊納（Christopher Scheiner，1575～1650年）也利用自制改良后的天文望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)了太陽(yáng)黑子?？死锼雇懈ァど骋良{是一名耶穌會(huì)會(huì)士。歐洲的耶穌會(huì)信奉以亞里士多德的哲學(xué)觀改造后的神學(xué)，亞里士多德都沒(méi)有提到過(guò)太陽(yáng)表面還有什么斑點(diǎn)。所以當(dāng)沙伊納的上級(jí)聽(tīng)說(shuō)了此事后，就非常嚴(yán)肅地警告沙伊納不要過(guò)于相信這種觀測(cè)結(jié)果，不要太當(dāng)一回事。但沙伊納沒(méi)有聽(tīng)從上級(jí)的“勸告”，通過(guò)匿名的形式發(fā)表了他的觀測(cè)結(jié)果，解釋說(shuō)那種斑點(diǎn)是繞太陽(yáng)作軌道運(yùn)行的小星體，而不是太陽(yáng)的組成部分。從沙伊納對(duì)觀測(cè)結(jié)果的解釋上來(lái)看，他還是亞里斯多德忠誠(chéng)的信徒，還是認(rèn)為太陽(yáng)是完美無(wú)缺的。

我們現(xiàn)在無(wú)從可考，到底是伽利略還是克里斯托弗·沙伊納見(jiàn)過(guò)約·法布里休斯的論文《論太陽(yáng)黑子和黑子圍繞太陽(yáng)的視運(yùn)動(dòng)》，但他們之間爭(zhēng)奪發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)黑子的優(yōu)先權(quán)，卻成為科學(xué)史上的一段公案。

1610年起，伽利略結(jié)束了在帕多瓦大學(xué)任教18年的教授生涯，移居佛羅倫薩，任托斯卡納大公爵的首席哲學(xué)家和數(shù)學(xué)家。此時(shí)的伽利略雖已步入不惑之年，但對(duì)科學(xué)的激情不減當(dāng)年。早在比薩大學(xué)任教的3年（1589～1591年），伽利略就因?yàn)樗哪贻p、好激辯、“思想異端”而成為同僚們排擠的對(duì)象，也成為大家抨擊的對(duì)象。而今，面對(duì)有人與自己爭(zhēng)發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)黑子優(yōu)先權(quán)之功，特別是對(duì)太陽(yáng)黑子的認(rèn)識(shí)還與自己不同，伽利略不能“忍受”這樣的事情。所以他就充分發(fā)揮了他的天才諷刺語(yǔ)言，對(duì)克里斯托弗·沙伊納進(jìn)行了無(wú)情的嘲諷，也牽連到對(duì)耶穌會(huì)的“攻擊”。伽利略的這種行為，無(wú)疑得罪了耶穌會(huì)，加劇了他與宗教法庭之間的裂痕。伽利略堅(jiān)持認(rèn)為，他對(duì)太陽(yáng)黑子的觀測(cè)比沙伊納更早，同時(shí)也嘲笑了關(guān)于太陽(yáng)黑子不是太陽(yáng)組成部分的觀點(diǎn)。現(xiàn)在看來(lái)，伽利略的觀點(diǎn)當(dāng)然是正確的，因?yàn)樗浞掷美硇苑治?，根?jù)太陽(yáng)兩邊的黑色斑點(diǎn)移動(dòng)得比較緩慢，這是按照透視法被縮小了的緣故。因而伽利略推斷這些斑點(diǎn)是太陽(yáng)表面的組成部分，這些斑點(diǎn)的移動(dòng)就是太陽(yáng)根據(jù)自轉(zhuǎn)軸以27天為周期發(fā)生旋轉(zhuǎn)的結(jié)果。對(duì)這樣的認(rèn)識(shí)，無(wú)疑對(duì)“上帝創(chuàng)造的完美太陽(yáng)”是一個(gè)無(wú)情的打擊：原來(lái)太陽(yáng)也是有缺陷?。∵@讓教會(huì)宣揚(yáng)的教義情何以堪？這讓教會(huì)還怎么領(lǐng)導(dǎo)人們的信仰？伽利略的發(fā)現(xiàn)與認(rèn)識(shí)，使當(dāng)時(shí)的宗教權(quán)貴們惱羞成怒，雖然他有托斯卡納大公爵的庇護(hù)，雖然他與后來(lái)成為教皇烏爾班八世（1623～1644年在位）的紅衣主教馬菲里奧·巴爾貝里尼（1568～1644年，出身于意大利豪門巴爾貝里尼家族）是好朋友，但他得罪的是整個(gè)教會(huì)體系，他的科學(xué)結(jié)論已經(jīng)成為教會(huì)合理存在的最大絆腳石，最終當(dāng)然難以逃脫被審判、監(jiān)禁，并在貧病中老死女兒家中。

自伽利略發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)黑子之后的160多年時(shí)間里，很少有科學(xué)家大張旗鼓地宣揚(yáng)他們關(guān)于太陽(yáng)黑子的觀測(cè)研究成果，只是不同的天文學(xué)家偶然提及討論一下太陽(yáng)黑子到底有沒(méi)有存在，認(rèn)為真的存在的，也畫一畫它的草圖，但都不值一提了。

到了1774年，蘇格蘭天文學(xué)家Alexander Wilson對(duì)太陽(yáng)黑子投入了極大的關(guān)注。他注意到一顆巨大的太陽(yáng)黑子正向著太陽(yáng)邊緣靠近。他對(duì)太陽(yáng)黑子提出了諸多設(shè)想，比如太陽(yáng)黑子暗淡的界面像火山口內(nèi)表面一樣是傾斜的、太陽(yáng)黑子的黑暗中心是個(gè)孔洞延伸到太陽(yáng)的內(nèi)部等。這個(gè)觀點(diǎn)在1795年被后來(lái)當(dāng)選為第一任英國(guó)皇家天文學(xué)家會(huì)長(zhǎng)、也是當(dāng)時(shí)最重要的天文學(xué)家弗雷德里克·威廉·赫歇爾（William Herschel，1738～1822年）所采納。赫歇爾認(rèn)為，太陽(yáng)是個(gè)不發(fā)光的冷物體，有一層燃燒著的氣體包圍著它。如果按照赫歇爾的這種觀點(diǎn)，太陽(yáng)黑子就是一些孔洞，通過(guò)這些孔洞可以看到太陽(yáng)內(nèi)部冷的物體?，F(xiàn)在看來(lái)，這種觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的，因?yàn)樘?yáng)發(fā)光的表面是整個(gè)太陽(yáng)溫度最低的部分，太陽(yáng)中心溫度達(dá)到15 000 000℃。當(dāng)然，這些知識(shí)到20世紀(jì)才被人類認(rèn)識(shí)。

雖然，威廉·赫歇爾對(duì)太陽(yáng)黑子的認(rèn)識(shí)是錯(cuò)誤的，但他關(guān)于太陽(yáng)黑子的研究引起了許多人的興趣。比如德國(guó)藥劑師、業(yè)余天文學(xué)家海因里?！と姞枴な┩卟迹℉einrich Samuel Schwabe，1789～1875年）就對(duì)發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)黑子作出了重要的貢獻(xiàn)。威廉·赫歇爾曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)了天王星，這讓當(dāng)時(shí)許多天文學(xué)家“惹紅了眼”，也紛紛投入到發(fā)現(xiàn)行星的工作中去，夢(mèng)想自己也能發(fā)現(xiàn)一顆未知的行星。施瓦布也不例外。當(dāng)時(shí)科學(xué)家根據(jù)牛頓力學(xué)理論，推導(dǎo)出在水星與太陽(yáng)之間還有一顆行星，但因它距太陽(yáng)很近，以致極難觀察到它的存在，不過(guò)這顆行星（科學(xué)家給這顆行星命名為“祝融星”）肯定會(huì)通過(guò)太陽(yáng)和地球之間，這樣，只要注視太陽(yáng)表面，等待著它的出現(xiàn)就可以了。假如在注視太陽(yáng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了這個(gè)斑點(diǎn)，那么它應(yīng)該是一個(gè)圓餅狀的物體（太陽(yáng)黑子不可能是正圓形的），也要排除是水星、金星的可能（即“祝融星”出現(xiàn)在太陽(yáng)上時(shí)，水星和金星都在其他位置上）。這樣抱著一個(gè)發(fā)現(xiàn)行星的想法，讓施瓦布從1825開(kāi)始，花費(fèi)了17年的時(shí)間觀測(cè)太陽(yáng)。雖然沒(méi)有發(fā)現(xiàn)什么新行星，但17年對(duì)太陽(yáng)黑子的觀測(cè)記錄，足以讓他找到了太陽(yáng)黑子出現(xiàn)的規(guī)律。1843年，施瓦布宣布，太陽(yáng)黑子的出現(xiàn)是有規(guī)律可循的：太陽(yáng)黑子從一個(gè)峰值到另一個(gè)峰值的時(shí)間長(zhǎng)度大約是10年。在著名的德國(guó)科學(xué)家亞歷山大·馮·洪堡（Alexander Von Homboldt，1769～1859年）于1851年傾其畢生之功力撰寫的大著作《宇宙》一書(shū)中提到了這件事前，施瓦布的發(fā)現(xiàn)根本無(wú)人問(wèn)津。但由于洪堡《宇宙》的盛名，施瓦布的發(fā)現(xiàn)也被人們所認(rèn)識(shí)，終于在1857年，榮獲英國(guó)皇家天文學(xué)會(huì)金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)?。這也算是主流科學(xué)界對(duì)施瓦布在太陽(yáng)黑子觀測(cè)方面所做貢獻(xiàn)的肯定。

1851年前后，德國(guó)天文學(xué)家和物理學(xué)家約翰·馮·拉蒙特（Johann Von Lamont，1805～1879年）正在蘇格蘭測(cè)量地球的磁場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，發(fā)現(xiàn)地球磁場(chǎng)有規(guī)則起伏的現(xiàn)象（周期為10年）。1852年，愛(ài)爾蘭天文學(xué)家、地球物理學(xué)家、鳥(niǎo)類學(xué)家、探險(xiǎn)家和第30屆英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)愛(ài)德華·薩賓（Edward Sabine，1788～1883年）指出，地球磁場(chǎng)強(qiáng)度和太陽(yáng)黑子周期同時(shí)地增大和減小，這現(xiàn)象使得人們很容易聯(lián)想到太陽(yáng)黑子對(duì)地球磁場(chǎng)產(chǎn)生影響。其后，科學(xué)家?guī)е鴿夂竦呐d趣繼續(xù)去發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)黑子的活動(dòng)規(guī)律。

1843年，當(dāng)海因里?！と姞枴な┩卟夹妓P(guān)于太陽(yáng)黑子的觀測(cè)結(jié)果時(shí)，時(shí)任瑞士伯爾尼天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)的魯?shù)婪颉の譅柗颍≧udolf wolf，1816～1893年）閱讀了施瓦布的論文后，開(kāi)始用天文望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)太陽(yáng)黑子。魯?shù)婪颉の譅柗虺俗约河^察太陽(yáng)黑子收集資料外，還認(rèn)真搜集整理包括伽利略及其他人觀測(cè)太陽(yáng)黑子留下的資料。經(jīng)過(guò)整理發(fā)現(xiàn)，從1749年開(kāi)始的每日太陽(yáng)黑子數(shù)記錄數(shù)據(jù)和從1610年開(kāi)始的太陽(yáng)黑子記錄數(shù)年平均值數(shù)據(jù)可供研究使用。沃爾夫在搜集整理太陽(yáng)黑子觀測(cè)資料的過(guò)程中，為使不同觀測(cè)臺(tái)站以及不同人的太陽(yáng)黑子觀測(cè)資料具有可比性，于1848年提出了太陽(yáng)黑子相對(duì)數(shù)的概念。沃爾夫經(jīng)過(guò)幾年的仔細(xì)觀測(cè)和精心資料整理，發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)黑子數(shù)變化周期平均值為11．1年，最短為9年，最長(zhǎng)為14年，不同周期之間黑子數(shù)的變化也非常明顯。1849年，魯?shù)婪颉の譅柗蛲茖?dǎo)出來(lái)的一個(gè)公式，可每年都得出一個(gè)被表示為“蘇黎世太陽(yáng)黑子數(shù)”的結(jié)果（魯?shù)婪颉の譅柗蚴翘K黎世人）。到1852年，魯?shù)婪颉の譅柗虬l(fā)現(xiàn)地磁活動(dòng)、極光與太陽(yáng)活動(dòng)有關(guān)。魯?shù)婪颉の譅柗蜻€提出，將太陽(yáng)黑子數(shù)從一個(gè)極小值到另一個(gè)極小值之間的事件定為一個(gè)周期，并將1755年到1766年的周期定為第一個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)周（見(jiàn)圖3）。

其后，關(guān)于太陽(yáng)黑子的研究越來(lái)越深入，主要是圍繞太陽(yáng)黑子活動(dòng)對(duì)地球的影響進(jìn)行的。

在聽(tīng)說(shuō)了海因里?！と姞枴な┩卟缄P(guān)于太陽(yáng)黑子的研究之后，從1852年開(kāi)始，英國(guó)業(yè)余天文學(xué)家理查·克里斯多?！た诸D（Richard Christopher Carrington，1826～1875年）白天觀測(cè)太陽(yáng)，夜晚觀測(cè)星星，夜以繼日勤奮工作。他的努力得到了很好的回報(bào)，觀測(cè)研究成果包括：確定了太陽(yáng)自轉(zhuǎn)軸、發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)的較差自轉(zhuǎn)現(xiàn)象、首次發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)耀斑現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)黑子隨太陽(yáng)活動(dòng)周的進(jìn)展逐漸向赤道遷移的規(guī)律，后來(lái)太陽(yáng)活動(dòng)周被稱為卡林頓太陽(yáng)活動(dòng)周，如2002年太陽(yáng)黑子達(dá)到極大值是第23卡林頓周期。

圖3　太陽(yáng)黑子相對(duì)數(shù)變化曲線

跟卡林頓幾乎同時(shí)進(jìn)行太陽(yáng)黑子周期規(guī)律研究的是德國(guó)天文學(xué)家古斯塔夫·斯波勒（Gustav Spoerer，1822～1895年），他們分別獨(dú)自研究太陽(yáng)黑子周期規(guī)律，但取得的成果是“異曲同工”的。古斯塔夫·斯波勒經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期對(duì)太陽(yáng)的觀測(cè)發(fā)現(xiàn)：在新的太陽(yáng)活動(dòng)周開(kāi)始時(shí)，黑子群出現(xiàn)的位置分別在南北半球緯度30°附近；隨著太陽(yáng)活動(dòng)周的進(jìn)展，黑子群出現(xiàn)的緯度位置逐漸向赤道靠近；在太陽(yáng)活動(dòng)極大年附近，黑子群一般出現(xiàn)在15°附近；在太陽(yáng)活動(dòng)周的末尾，黑子群一般出現(xiàn)在8°附近；在每個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)周即將結(jié)束時(shí)，新周期的黑子群已開(kāi)始在高緯度出現(xiàn)，舊太陽(yáng)活動(dòng)周的黑子群仍在低緯度出現(xiàn)；新周期和舊周期黑子群同時(shí)出現(xiàn)的局面大約可持續(xù)一年左右的時(shí)間。太陽(yáng)黑子出現(xiàn)緯度位置隨太陽(yáng)活動(dòng)周發(fā)展而變化的規(guī)律，被稱為斯波勒定律。1885年，古斯塔夫·斯波勒因?yàn)閷?duì)太陽(yáng)黑子的工作，被法國(guó)科學(xué)院授予瓦爾茲獎(jiǎng)。

英國(guó)天文學(xué)家愛(ài)德華·沃爾特·蒙德（Edward Walter Maunder，1851～1928年）和他的第二任妻子安妮·蒙德（Annie Maunder，英國(guó)皇家天文學(xué)會(huì)第一位女性會(huì)員）經(jīng)過(guò)二十多年的精心觀測(cè)，于1904年將觀測(cè)數(shù)據(jù)繪制成圖，以時(shí)間為橫坐標(biāo)，以黑子群出現(xiàn)的緯度為縱坐標(biāo)，得到了能夠形象展示斯波勒定律的“蒙德蝴蝶圖”：多個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)周的黑子群出現(xiàn)位置分布的變化就像一隊(duì)展翅飛翔的蝴蝶（見(jiàn)圖4）。

圖4　蒙德蝴蝶圖

被稱為“現(xiàn)代太陽(yáng)觀測(cè)天文學(xué)之父”的美國(guó)著名天文學(xué)家喬治·埃勒里·海爾（George Ellery Hale，1868～1938年，見(jiàn)圖5），當(dāng)他還是麻省理工學(xué)院大學(xué)生時(shí)，便已發(fā)明了太陽(yáng)單色光照相儀，并利用它首次測(cè)得了太陽(yáng)黑子的磁場(chǎng)。太陽(yáng)黑子經(jīng)常成對(duì)出現(xiàn)，并隨著太陽(yáng)自東向西自轉(zhuǎn)，習(xí)慣上將西邊的稱為前導(dǎo)黑子，東邊的稱為后隨黑子。海爾發(fā)現(xiàn)它們的磁場(chǎng)極性總是相反的，所以又稱為雙極黑子。經(jīng)過(guò)了十多年的觀測(cè)后，海爾又發(fā)現(xiàn)在同一個(gè)11年太陽(yáng)活動(dòng)周期內(nèi)，太陽(yáng)南半球或北半球同一個(gè)半球中，所有雙極黑子的磁場(chǎng)極性分布都相同。而太陽(yáng)南北兩個(gè)半球前導(dǎo)、后隨黑子的磁場(chǎng)極性分布相反。而且當(dāng)下一個(gè)11年活動(dòng)周來(lái)臨后，太陽(yáng)南北兩個(gè)半球的雙極黑子的磁場(chǎng)極性發(fā)生對(duì)換。因此按照這個(gè)黑子磁場(chǎng)變換規(guī)律，太陽(yáng)黑子變化一個(gè)完整的周期需要大約22年，這就是所謂的太陽(yáng)活動(dòng)的海爾定律。

圖5　喬治·埃勒里·海爾

如今，人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)黑子是確實(shí)存在的，也大致知道了它的活動(dòng)規(guī)律，但要全面認(rèn)識(shí)太陽(yáng)黑子，還有許多地方值得我們?nèi)パ芯??？茖W(xué)家也正在不斷深入研究太陽(yáng)黑子變化規(guī)律，以期更全面地認(rèn)識(shí)與我們生息與共的太陽(yáng)。