王为民（四川省南充市龙门中学 邮编637103 ）

地球是一块大磁铁，它具有磁场。如果将一枚磁针用茧丝把它悬挂起来，让它自由运动，我们会发现，当磁针静止下来的时候，它的一端总是指南，而另一端总是指北。

中国人最先发现和应用天然磁石。指南针是中国古代的四大发明之一。东汉唯物主义思想家王充在《论衡》中描述了世界上最早的指南针——司南勺。十一世纪北宋科学家沈括在《梦溪笔谈》中第一次记载了指南针，他写道“方家以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也。” 沈括发现磁偏角比西方早400年。

公元前 200年，诗人尼坎德尔的一个故事说：一个叫马格努斯的牧人，为了寻找丢失的羊子，来到一个生疏的地方，周围是一片黑鸦鸦的岩石。当他踩石觅羊时，卯有铁钉的靴子却被石头吸引住了。他很奇怪，于是用带铁套的手杖去试探，不料，带铁套的手杖也被吸引住了。他找来一根木棍，非常小心地接近那块黑石头，但是，却什么感觉也没有。原来，这块黑石只吸引铁。从此以后，人们便把这种石头叫做马格努斯石头。

但是，在我国古代把磁石叫做“慈石”。东汉高诱解释为：“慈石”“石铁之母也。以有慈石，故能引其子。”我国河北省的磁县，古时叫慈（磁）州，就因为盛产天然磁石而得名。

天然磁石是一种磁铁矿。它是火成岩，它存在于玄武岩、辉绿岩、花岗岩中，是铁在高温下被氧化形成的，天然磁石是 Fe₃O₄ ，呈黑褐色， 比重为4.9— >5.2克/立方厘米。

一、地磁要素

地球的磁场与一块圆柱状的大磁铁非常相似。只不过，这块大磁铁偏离地轴 12º，其圆柱体中心与地轴中心距离 >400公里，移向太平洋一侧。它的磁北极位于南半球，而磁南极位于北半球。地磁北极目前在φ=北纬 78.2º，λ=西经68.8º处，而地磁南极在ф =南纬78.2º，λ=东经 111.2º的地方。见图1。

图1 地磁场与一块圆柱状的大磁铁产生的磁场非常相似

指南针不正指北极，它有一个磁偏角。在北半球，指南针指北的一端向下倾斜，而指南的一端向上抬起，所以地磁场还存在一个磁倾角。

描述地磁场的大小、方向的要素是：地磁场强度、分水平分量、垂直分量、磁偏角和磁倾角。见图 2。

图2

D表示磁偏角，I表示磁倾角， T表示地磁强度， H表示地磁场的水平分量， Z表示地磁场的垂直分量。

它们之间的关系是：

磁场强度的单位是奥斯特。

把地球看成一个圆柱状磁铁或者看成一个均匀磁化的球体都是比较恰当的。如果把地球看成一个均匀磁化的球体，那么，有

见图 3。M表示磁矩， m是质量， l是磁体长度， R是磁化球体到观测点的距离， φ是磁体的纬度。

图3 均匀磁化球体的磁场与地磁场类似

从图中和公式中均可看出

（1）、在均匀磁化球体的两极，即φ=± 90º的地方，

磁场强度的水平分量

H=0 ,

而垂直分量与磁场强度相等，即

此处磁倾角 I=90º。

（2）、在均匀磁化球体的赤道上，即φ=0º处，

磁场强度的水平分量与磁场强度相等，即

而垂直分量

Z=0

此处磁倾角 I=0º

在地球的两极的磁场强度为 0.6— 0.7奥斯特，而地球赤道上为 0.4奥斯特。

二、地磁变化

地磁场比均匀磁化球体的磁场分布要复杂得多，而且还在不断地缓慢移动。比如根据詹姆斯的测定， 1873年北磁极的位置在北纬 70º ，西经96 º的地方， 1841年南磁极的位置在南纬 73º ，东经150 º处。 1975年北磁极的位置已改在北纬 76º 06′，西经 100º的地方 ，南磁极的位置在南纬65º48′， 东经139 º24′ 处。

在地球上一些地区地磁场在逐年增大，而在另一些地区地磁场在逐年减小。在地球上许多地区人们已经发现当地的地磁场变化具有几十年或几百年的周期性。比如印度孟买附近的阿利—巴格地磁台从 1935年开始对地磁要素进行观测，发现当地地磁场存在一个 11年和80 年的周期。11 年的周期被解释为太阳活动的11 年周期产生的太阳风的影响。而80 年的周期的原因不明。

对比近几十年的地磁资料后，人们发现地磁场似乎在逐年减小，地球的总磁矩是 8.9× 10²⁵电磁单位。 地球的总磁矩在100 年内减少了1/20 。

地磁场的变化与地壳的运动相联系。美国加利福尼亚地区地壳每年移动 >5厘米 ，喜马拉雅山和印度恒河之间的广大地区地表每年上升 >0.2厘米 。黑海和里海沿岸地区以及荷兰地区地表在垂直运动等。在经常发生地震、火山、地壳断裂、褶皱、不稳定变化的地区的地磁场也经常发生变化。所以，人们也反过来通过观测地磁场的变化来预报地震、火山等地质灾害的发生情况。

三、地磁场的太阳——日变化

如果我们在整天之中注意观察灵敏的指南针，我们会发现，指南针每时每刻都在不停地摆动。早晨指南针指北的一端向东偏转， 8点左右达到最大限度，然后向西偏转，回到原来的位置。对中纬度地区，磁偏角每日变化的幅度达 10— 20′，水平分量每日变化幅度为 20— 30伽马，垂直分量变化每日幅度 为15—20伽马， 甚至更大。地磁场在一天之中的变化具有明显的周期性，这个现象叫做太阳——日变化。平均来说，冬天比夏天少 3/4。纬度越高，磁偏角和地磁场的水平分量变化幅度越大，而 垂直分量变化幅度越小。

地磁极也不固定在一个地方，平均说来，地磁极每昼夜来回移动 >100公里 。所以，地磁极在图上不是一个点，而是用一个圆圈来表示。

地磁场的太阳——日变化是太阳紫外线辐射日变化影响到地球电离层产生的结果。

地磁场的太阴——日变化只有地磁场的太阳——日变化幅度的 10—15% ，它是月球重力场对地球大气和电离层影响的结果。

四、磁暴、极光和地磁脉动

如果我们发现指南针颤抖厉害，并且急促的大幅度摆来摆去达几度，然后，嘎然而止，地磁场的这种变化，叫做磁暴。 地磁场的磁暴可以是几个小时，也可以是几天。这是太阳黑子和耀斑出现时，太阳抛射的大量粒子流和紫外线使地球大气中的电离层被电离的程度变大了，电离层的导电率、电离层的高度等都发生变化的结果。磁暴现象常常造成无线电通讯被迫中断。同时可能导致鸽子迷失方向和依靠无线电导航的飞机发生失事事件。

磁暴幅度随纬度而变化，一般北方大于南方。磁暴一般发生在春分和秋分两个节气（ 3、4 月和7 、8月间）以及太阳活动年里。在地球上发生磁暴的时候，太阳的粒子流被地磁场“分类”折向南北两极高纬度地区，与高空原子与分子发生激发作用产生极光。色彩缤纷的极光一般呈带状、弧状、幕状等，极少呈冠状。

地磁场在地球以外的空间区域的外部界限，叫做磁层，它被太阳风吹动，象海面上的波浪一样不断抖动，这种现象叫做地磁脉动或地磁的短期变化。地磁脉动频率为几毫赫兹到几千赫兹之间。幅度为一伽马左右。

五、地磁异常

在地球上某些地区，地磁场常常发生异常变化，指南针指北一端出现不是指北，而是指东或指西，甚至指南的现象，这就是地磁异常。

在库尔斯克地磁异常区，磁偏角范围达 ±180º ，而正常值只有几度。这里地磁场的垂直分量为1 ——2 奥斯特。

火成岩（玄武岩、辉绿岩）和变质岩（含铁石英岩及其它岩石）含有大量铁磁物质（磁铁矿），从而使该地区地磁异常。最大的地磁异常一般是铁矿造成。所以磁力勘探法是使我们看到被沉积岩埋藏在地下的，用其它方法无法看见的东西，使我们能够找到金属矿藏，甚至一些非金属矿藏，如石油矿床、金刚石、铝土矿等天然矿藏。

六、地磁反转

火成岩和某些沉积岩对古地磁具有“记忆”能力。

火成岩中往往有一定数量的铁磁性矿物（磁铁矿、赤铁矿、钛磁铁矿等），它们在冷却和结晶的时期被磁化，从而获得剩余磁场，这种机制叫做热剩磁。

沉积岩在溶液中沉降过程中，磁铁矿或菱铁矿的小质点在地磁场的影响下沉降，朝向地磁场方向固定下来。这就是沉积岩获得剩余磁场的机制。

火成岩和某些沉积岩的剩余磁场能够保存几千万甚至几亿年，这是古地磁的天然地磁资料。

如果进行全球取样，用带金刚石或钢玉钻头的凿岩机取样，根据岩石纹理方向确定其空间位置，做过磁清除，消除岩石在冷却或结晶后形成的次生磁场以后，用指南针测定岩石的磁场方向，用放射性同位素测定岩石的地质年代，并在地图上标注出来，绘制成图。

有趣是是，研究结果表明，地磁极与现在相比，曾经发生过大幅度的移动。在 5.7亿年以前，北半球的地磁极位于赤道附近，然后才逐渐北移到现在的位置。见图 4。

图4

1906 年，一位法国物理学家B.布罗恩斯(Brunhes)在一些熔岩样品里观测到地磁极与现在正好相反。他断定地球的磁极在熔岩凝固时代里必定与现在相反。也就是地磁极曾经发生过倒转现象。

七、地球磁层、磁阱、辐射带

1 、 地球磁层

地球磁场是一个偶极子场，它受太阳风的影响。

太阳风是太阳日冕层向宇宙空间抛射出的高速、高温、低密度的等离子流，其主要组成成分是电离氢和电离氦。 由于太阳风对地磁场的作用，地球磁场就好象要被它从地球上吹走似的。但是，由于地球磁场的反抗作用，太阳风只能绕过地磁场，继续向前运动。这样就形成了一个被太阳风包围的、慧星状的地球磁场区域，这就是磁层。 见图 5 。

图 5 地球磁层

　　地球磁层从地面上空 50 公里处（相当于电离层区域），一直扩展到很远的边界，直到行星际空间，这个边界叫磁层顶。由于太阳风中的等离子体沿着磁力线流动，同时又使磁力线畸变，拉着磁力线一起跑。所以，地磁场在太阳风的压缩下，地球磁力线向着背向太阳的方向延伸，形成一条长长的尾巴，叫做磁尾。在地磁场赤道附近，有一个特殊的界面，在界面两边，磁力线突然改变方向，此界面称为中性片。中性片上的磁场强度微乎其微，厚度大约有 1000 公里。中性片将磁尾部分成两部分：北面的磁力线向着地球，南面的磁力线离开地球。

　　 1967 年发现，在中性片两侧约 10 个地球半径的范围里，充满了密度较大的等离子体，这一区域称作等离子体片。当太阳活动剧烈时，在等离子片中的高能粒子数增多，并快速地沿磁力线向地球极区沉降，形成极光。由于太阳风以高速接近地球磁场的边缘，便形成了一个无碰撞的地球弓形激波的冲击波面。冲击波面与磁层顶之间的过渡区叫做磁鞘，厚度约为 3 ～ 4 个地球半径。

现在磁层这一概念已从地球扩展到其他天体，有人认为中子星和活动星系核也具有磁层特征。

2 、磁阱图

在太阳风中的带电粒子到达地球磁场，被地磁场“设置”的陷阱“关”在里面，不能出来，这就是磁阱。被陷入地球磁阱中的带电粒子在地球周围形成一个巨大区域，这个区域就是地球的 辐射带。

3、辐射带

20世纪初，有人提出太阳在不停地发出带电粒子，这些粒子被地球磁场俘获，束缚在离地表一定距离的高空形成一条带电粒子带。 50 年代末至 60 年代初，美国科学家衣阿华（ Iowa ）和 范艾伦 (Van Allen) 根据 “ 探险者 ”1 号、 3 号、 4 号的观测数据分析确定了它的存在，所以辐射带又叫做为范艾伦带。离地面较近的辐射带称为内辐射带，离地面较远的称为外辐射带。

　　这两条地球辐射带相对于地球赤道对称排列，且只存在于低磁纬地区上空。内辐射带的中心约在 1.5 个地球半径处，范围限于磁纬 ±40° 之间，并且东西半球不对称，西半球起始高度低于东半球，带内含有能量为 50 兆电子伏的质子和能量大于 30 兆电子伏的电子。外辐射带位于地面上空大约 2 ～ 3 个地球半径处，厚约 6000 公里，范围可延伸到磁纬 50° ～ 60° 的地方，其中带电粒子能量比内辐射带小。一般说来，在内辐射带里容易测得高能质子，在外辐射带里容易测得高能电子。

　　地球辐射带是地外空间探测时代的第一项重大发现。1992年，美国和俄罗斯的空间科学家宣布，他们发现了地球的第三条辐射带。新辐射带位于内外范艾伦带之间，它由反常宇宙线，即主要是一些失去了一个电子的氧离子组成。

太阳黑子的大规模旋转等离子体热对流模型

四川省南充高中高坪校区 王为民邮编637103

太阳黑子是怎样形成的？笔者认为太阳黑子形成于太阳的对流区，是由于太阳对流区的带电等离子体在科里奥利力的作用下由磁结到磁孔，再由磁孔逐渐发展成的大规模旋转热对流运动。笔者认为太阳的对流区的整体就是一个有一定厚度的球壳形的大规模旋转等离子体热对流系统。

笔者根据这种旋转对流运动规模的大小和能不能通过这个旋转对流运动所产生的磁场影响到太阳光球区而形成太阳光球区巨大空洞，把太阳黑子分成隐性黑子（隐形黑子）和显性黑子（显形黑子）两种类型。

隐性黑子磁场较弱，不能影响到太阳光球区而产生太阳光球区巨大空洞，它在太阳对流区活动，人们无法通过肉眼而直接观测到，这样的黑子叫隐性黑子（隐形黑子）。

显性黑子磁场较强，并能通过其自身强大的磁场的影响，使太阳光球区出现巨大空洞，这就是人们通过肉眼能够观测到的太阳光球区黑子。显性黑子的本影来自太阳对流区，而半影是显性黑子的巨大磁场使太阳光球区等离子体绕显性黑子磁力线作螺线形运动而形成的放射状纤维结构，黑子中心的本影点是太阳的辐射区、对流区及太阳光球区高能等离子体在太阳对流区黑子磁场作用下形成的本影区中心不稳定结构。所以，一般地说，一个典型太阳黑子是一个具有黑子本影、纤维状半影和本影点结构的太阳光球区巨大空洞，这就是太阳的显性黑子（显形黑子）。

为什么黑子那样黑？

因为黑子是太阳对流区大规模旋转等离子体热对流运动，而太阳对流区下表面紧靠太阳的辐射区，所以太阳对流区下表面温度比太阳对流区上表面温度高。而太阳光球区的等离子体是太阳对流区“蒸发”出来的高能粒子，所以太阳光球区的温度也比太阳对流区上表面温度高。因此，在太阳上温度最低的部分是太阳对流区的上表面。黑子的本影就是太阳对流区的上表面，所以它的温度比太阳对流区下表面和太阳光球区温度都低，这是人们在太阳光球区看到太阳黑子比较黑的原因。

在太阳极区中心因为太阳 22年的周期性膨胀与收缩而形成极区中心隐形大黑子。它的磁场方向由太阳是膨胀还是收缩，是太阳北极还是太阳南极而唯一确定。它后来发展成太阳的前导黑子。在极区中心大黑子的周围区域，同时相伴产生与极区中心大黑子磁场方向相反的第一级相伴隐性黑子群，它后来发展成太阳的后随黑子。而第一级相伴隐性黑子群的周围又可以同时产生与第一级相伴隐性黑子群磁场方向相反的第二级相伴隐性黑子群，如此反复，依次类推。并且各级黑子旋转对流运动的规模和它的磁场强度的大小逐次减弱。

而极区中心隐形大黑子与多级隐形黑子从太阳极区中心附近产生后，将周期性地向太阳赤道有规律地迁移，在迁移过程中，逐渐合并，形成更大规模的隐形黑子。如果其规模大到能够通过自身磁场影响到太阳光球区，形成太阳光球区巨大空洞时，这时的太阳隐形黑子就发展成为太阳显性黑子，人们通过肉眼能够直接观测到。当它们接近太阳赤道附近时，显性黑子磁场又逐渐变弱，显性黑子重新成为隐形黑子以致最终消失。

一、太阳对流区的磁结、磁孔与黑子是如何产生的

在太阳对流区通过等离子体的对流过程产生米粒组织和超米粒组织，在它们之间分布着针状体、磁结、磁孔、对流区隐形或显形黑子等，太阳对流区通过等离子体的对流过程同时产生出波动与震荡。

笔者认为，太阳核聚变反应强度具有 22年周期性变化的规律，它造成太阳 22年的周期性膨胀与收缩现象。太阳的膨胀与收缩是太阳对流区大规模旋转对流运动的动力。在太阳的较差自转条件下，由于科里奥利力的作用，太阳对流区产生出不同规模的旋转等离子体热对流现象，这包括太阳对流区的一切热对流过程。太阳对流区的旋转等离子体热对流形式，包括磁结、磁孔和黑子在内，分旋进和旋出两种方式。

如果太阳对流区等离子体由上表面旋转流人，再由下表面旋转流出，这样形成的太阳对流区的磁结、磁孔或黑子，我们不仿把它叫做上进下出磁结、磁孔或黑子；而由对流区下表面旋转流人，再由对流区上表面旋转流出，这样形成太阳对流区的磁结、磁孔或黑子，我们不仿把它叫做下进上出磁结、磁孔或黑子。

由于太阳对流区上进下出磁结、磁孔或黑子与下进上出磁结、磁孔或黑子在太阳对流区上下表面，旋进旋出的旋转方向相反，温差电内正外负，所以，在太阳北半球或南半球，同种磁结、磁孔或黑子在对流区上下表面磁场方向指向相同，而不同种类的两种磁结、磁孔或黑子的磁场方向的指向刚好相反。所以，同种磁结、磁孔或黑子的磁场，南北反向；同一半球磁结、磁孔或黑子不同种类磁结、磁孔或黑子磁场反向。

在太阳对流区，如果磁结与磁结、磁结与磁孔，或磁孔与磁孔相伴旋转对流，这种相伴旋转对流形式是太阳对流区普遍存在的旋转对流形式，这种情况下太阳对流区没有黑子出现；如果黑子与磁结、磁孔之间相伴旋转对流，在太阳对流区就形成单极黑子；如果黑子与黑子之间相伴旋转对流，这样就形成双极黑子；如果是一群黑子相互间相伴旋转对流，这样就形成一个多极黑子群。

二、地球上水流的自然转动方向

1、排水孔边沿的水流方向

众所周知，地球上北半球普通水槽中的水，在向水槽底部的排水孔流去时，在科里奥利力的作用下，水在排水孔边沿形成旋涡，由上向下看去，旋涡转动的方向始终是沿逆时针方向旋转的。如果让水带上负电荷，那么，这个旋涡就会产生一个北极（ N）向下的磁场。

在地球南半球普通水槽中的水，向水槽底部的排水孔流去时，在科里奥利力的作用下，水在排水孔边沿形成旋涡，由上向下看去，旋涡转动的方向始终是沿顺时针方向旋转的。如果让水带上负电荷，那么，这个旋涡就会产生一个北极（ N）向上的磁场。

在地球赤道上，普通水槽中的水向水槽底部的排水孔流去时，排水孔边沿不形成旋涡，即便带上电荷也不产生磁场。

2、喷水孔边沿的水流方向

根据科里奥利力的作用，与排水孔的水流方向刚好相反，即地球上北半球的喷水孔边沿，水流形成旋涡，由上向下看去，旋涡转动的方向始终是顺时针方向旋转的。如果让水带上负电荷，那么，这个旋涡就会产生一个北极（ N）向上的磁场。

与此相反，在地球南半球的喷水孔边沿，水流形成旋涡，由上向下看去，旋涡转动的方向始终是逆时针方向旋转的。如果让水带上负电荷，那么，这个旋涡就会产生一个北极（ N）向下的磁场。

在地球赤道喷水孔的边沿不形成旋涡，即便带上电荷也不产生磁场。

三、太阳黑子的磁场方向

太阳对流区旋转等离子体热对流的旋转方向与地球上的水流情况类似，在考虑到温差电内正外负的情况，经过分析，太阳黑子的磁场方向如下所示：

1、太阳对流膨胀状态下

北半球 ：前导黑子（大）为： 下进上出黑子——北极（N）向上

后随黑子（小）为：上进下出黑子——北极（ N）向下

南半球：前导黑子（大）为： 下进上出黑子——北极（N ）向下

后随黑子（小）为：上进下出黑子——北极（ N）向上

赤道：无大尺度旋转对流运动，不形成太阳黑子

2、太阳对流收缩状态下

北半球：前导黑子（大）为：上进下出黑子——北极（ N）向下

后随黑子（小）为：下进上出黑子——北极（N）向上

南半球：前导黑子（大）为：上进下出黑子——北极（ N）向上

后随黑子（小）为：下进上出黑子——北极（N ）向下

赤道：无大尺度旋转对流运动，不形成太阳黑子

四、太阳黑子的形态结构与纬度分布的蝴蝶图

太阳膨胀与收缩，太阳对流区的对流微团带电离子体在太阳的较差自转产生的科里奥利力作用下，它的质量大小以及它的旋转对流下的相对速度与太阳自转角速度的矢量积决定了科里奥利力的大小和旋转方向。

由于太阳的较差自转角速度和线速度在极区向太阳赤道方向上都是逐渐单调增大。根据流体力学，流速大、压力小的原理，不论是太阳在膨胀还是在收缩，太阳对流区等离子体的大规模旋转对流运动总是在极区产生，并逐渐向太阳赤道方向迁移，最后消失在太阳赤道附近。

为什么太阳黑子总是在太阳纬度± 45º左右出现而在太阳纬度±5º 左右消失呢？

这是因为太阳的对流区的大规模旋转对流运动首先是在太阳对流区极区形成中心隐形大黑子，与此同时产生出极区多级相伴黑子。这一过程，随着太阳的周期性的膨胀与收缩，太阳的极区中心也就周期性地产生大规模旋转对流运动，周期性地形成下进上出黑子与上进下出黑子，其规模比太阳其它任何区域都大。在太阳北极，当太阳膨胀时，太阳对流区下进上出磁结、磁孔及黑子数量比上进下出磁结、磁孔和黑子的数量多。这个时候，在太阳北极，就会形成一个下进上出的北极中心隐形大黑子，磁场北极向上。它后来发展成太阳表面的向赤道方向运动的前导黑子。与此同时，第一级相伴隐性黑子群磁场北极向下，它后来发展成后随黑子。在太阳的南极，这一过程中出现的极区中心隐形大黑子与极区各级相伴黑子的磁极与此刚好相反。当太阳收缩时，这一过程与太阳膨胀时的状态同样刚好相反。

但是，由于极区自转角速度及相对运动线速度差都比较小，在科里奥利力作用下的对流区旋转对流规模也比较小，还没有达到通过其对流区的旋转对流所产生的磁场影响到太阳光球区等离子体运动而形成太阳光球区巨大空洞的程度，所以人们无法观测到太阳极区光球区巨大空洞，即太阳黑子的出现。

当极区中心隐形大黑子与极区各级相伴黑子逐渐向太阳赤道迁移、合并的过程中，他们的磁场强度越来越大，大约在太阳纬度± 45º左右，他们的磁场强度的大小已经达到影响到太阳光球区形成光球区巨大空洞的程度，于是形成人们通过肉眼能够观测到的太阳光球区黑子。

从太阳极区对流区开始，因为太阳对流区赤道和极区流速差导致压力差的原因，在时间和规模上前导黑子较先较快地向太阳赤道移动，而后随黑子在时间上和规模上比较推后地尾随着向太阳赤道移动。所以，前导黑子与后随黑子在太阳自转方向形成一定大小的倾角。

由于黑子在太阳对流区是以旋转对流的方式存在，所以太阳上的黑子可以单个地、或成对、成群地出现。

当太阳黑子逐渐运动到太阳太阳纬度± 5º左右，太阳对流区所受的科里奥利力已大幅度减小，太阳对流区的旋转对流运动所产生的黑子磁场也大幅度减小，以致不能影响太阳光球区等离子体的运动，于是，太阳光球区的巨大空洞逐渐消失。

很明显，太阳上的显性黑子总是比太阳对流区的隐性黑子推迟出现与提前消失，这就是太阳黑子纬度分布蝴蝶图形成的原因。

五、太阳黑子演化的动力

应该说太阳黑子的 22年的出现周期，其根本原因是太阳核聚变反应产生的辐射压力与太阳的对流区、光球、色球、日冕在万有引力作用下存在的 22年的震荡周期的缘故。因此，太阳核聚变强度也相应产生出 22年的变化周期性，这就是太阳对流区的膨胀与收缩现象存在的根本原因。所以太阳的直径时大时小，也存在 22年的震荡周期。同时，太阳的膨胀与收缩又直接导致太阳对流区等离子体大规模的旋转热对流运动。它的起点在极区中心，而消失在太阳赤道附近。

太阳黑子数目的多少和规模的大小，依赖于太阳核聚变反应强度强弱变化的幅度，太阳核聚变反应强度强弱的变化直接导致太阳膨胀与收缩的幅度，这是太阳黑子的旋转对流变化的依据，它是解释太阳不同黑子出现周期的基础。

当太阳核聚变反应强度增大时，必然导致太阳膨胀，这个时候，太阳对流区的下进上出磁结、磁孔与黑子的数量占主导地位。当太阳收缩时，太阳对流区的上进下出磁结、磁孔与黑子的数量占主导地位，这两种变化形成 22年的周期。

六、米粒组织、超米粒组织、日珥、针状体与耀斑

太阳对流区除旋转对流产生磁结、磁孔与黑子的现象以外，同时还伴有不同规模的太阳对流区的爆发与塌缩，波动与震荡。

在太阳对流区磁结、磁孔与黑子分割下的不同大小和规模的中间组织形成太阳对流区的米粒组织或超米粒组织。

当太阳对流区出现大范围、长时间空洞的时候，太阳辐射区的巨大压力直接作用太阳光球区，引起太阳光球区的巨大爆发，形成日珥，这类似于地球上的火山爆发。

当太阳上对流区出现小范围、短时间空洞的时候，太阳辐射区的巨大压力直接作用太阳光球区，引起太阳光球区的小规模、小范围的爆发，形成太阳上的针状体。

由于太阳对流区出现的太阳黑子的大尺度旋转对流运动，并同时影响到太阳光球区的等离子体运动，这必然导致太阳表面不同带电状态的等离子体在太阳对流区和太阳光球区产生强烈的放电现象，这类似地球上在不同带电状态的冷热空气在大规模对流过程中产生的强烈放电现象，这就是太阳的耀斑，所以太阳耀斑总是发生在太阳黑子附近。

北京天文台艾国祥等人在太阳耀斑爆发出现之前数小时，发现日面磁场图上呈现红移现象，这种耀斑前兆红移现象，是太阳对流区的大尺度旋转对流现象的一个最好证明。

笔者提出这上述理论是基于笔者发现，旋转的宇宙天体，包括太阳等恒星，地球等行星上发生的热对流现象是流体在科里奥利力的作用下的旋转对流现象，基于这样的认识，笔者提出了太阳黑子形成的旋转等离子体热对流模型 (太阳黑子的旋转对流模型 )。

其实，除了旋转着的恒星，甚至包括地球等行星，它的的地幔、水圈、大气圈在内都是这样的系统。所有宇宙天体的球壳形热对流区的整体就是一个大规模的旋转热对流系统，它的运动状态，比如膨胀与收缩，整体旋进与旋退等都决定于宇宙天体的球壳形对流区的整体旋转对流的形式，它是太阳等恒星黑子、耀斑、日珥等现象形成的原因，也地球等行星地震、火山、台风、海潮等现象的形成根据。

《学习方法报》

2004年 6 月