概念

【太陽黑子周期】（sunspot cycle）黑子活動各種時間尺度的準周期性變化，最著名的是太陽黑子11年周期。

1843年德國藥劑師施瓦貝（H．S. Schwabe），通過他自己對太陽黑子二十余年的觀測記錄，發現太陽黑子的消長有一個10年左右的周期。1848年沃爾夫（J.R.Wolf)引入太陽黑子相對數，并將逐月黑子相對數推算到1749年，從而肯定地指出太陽黑子活動的周期平均長度為11．1年。右圖為1749年到1980年年平均黑子相對數變化曲線。從圖上可以清楚地看到，二百多年來太陽黑子數的變化明顯地保持了平均11年左右的周期性。在每一個周期中，黑子從最少年開始，在3－5年中增大，達到一個極大值（或峰值），然后在隨后的5—7年再減小到一個極小值（或谷值）。相對應的年份分別稱為黑子極大年（或峰年，用M年表示）和黑子極小年（或谷年，用m年表示）。實際上太陽黑子周期長度在7．3年到16.1年之間。太陽黑子11年周期又稱太陽活動周期。一般以黑子最少的年份作為太陽活動周期開始的年份。按規定，從1755年開始的周期作為太陽活動的第1周，第21周是1976年開始的。隨著對太陽活動研究的深入，又相繼發現了22年左右的太陽活動磁周期、80－90年的太陽活動世紀周期以及200年左右的太陽活動雙世紀周期等。

【太陽活動磁周期】（solar magnetic cycle)太陽黑子磁場極性的轉換周期。黑子具有明顯的磁場，且太陽南北兩半球黑子的磁極是相反的。如果北半球處在黑子群前面的先行黑子具有正磁極的話，那么在南半球的先行黑子則具有負磁極。但同一半球黑子的極性是相同的。它們的對應關系隨著黑子11年周期陽變化而相互逆轉。所以根據黑子磁場極性來劃分一個太陽活動整周期不是11年，而是黑子11年周期的兩倍，即22年，稱為磁極性轉換周期，簡稱為太陽活動磁周期。黑子的這一重要特征是1913年海爾（G.E.Hale）發現的，所以太陽黑子22年磁周期又叫“海爾周期”（Hale cycle）。

由于太陽活動第9周至第17周的9個11年周期峰值恰好高低相間，所以過去習慣地把海爾周期包括的兩個11年周期分別稱作“主高周期”與“次高周期”，前者亦稱奇數周期，后者稱偶數周期。但是海爾周期究竟是從奇數周期開始還是從偶數周期開始，尚無定論。威列特（H．C．Willett)主張以偶數周期作為22年周期的起點，而斯萊波（H．P．Sleeper）則主張以太陽北半球上帶頭黑子的極性為準，稱為正、負周期。

【太陽活動世紀周期】（ 80—90 year cycle of solaractivity）時間約為80—90年的太陽黑子周期。從黑子11年周期變化曲線上可直觀地看出，一般在連續3、4個11年高峰后便接連3、4個11年低峰，總共持續的年數近于一個世紀，故稱世紀周期。20世紀中葉，格萊斯堡（W.Gleissberg）取黑子11年周期的極大值Rm的百年平滑值進行分析，即

則Rm平滑值的變化曲線有著明顯的周期性，極大值位于第3周和第9周，極小值位于第6周和第14周，所以有人亦將此周期稱為格萊斯堡周期。以后在分析黑子其它參數的變化時，也得到類似結果。不過由于研究者所取方法不同，世紀周期的起止年份也不同。根據紹夫（J．Schove）收集、整理的古代黑子資料分析，世紀周期最短的只有40年，最長的可達120年。而且世紀周期越強，它的上升期也越長。太陽活動世紀周期反映了太陽活動平均強度的變化規律。

【太陽活動雙世紀周期】（200 year cycle of solaractivity）時間為200年左右的太陽黑子周期。功率譜分析證實，黑子11年周期峰值的變化有188—212年的顯著周期。由于這個周期是由兩個世紀周期組成的，其長度約為世紀周期長度的二倍，故名。又因為這個周期和九大行星178．7年的會合周期接近，所以有人又稱之為太陽活動的行星周期。

翩翩起舞的“蝴蝶圖”

1904年，英國天文學家愛德華·蒙德發現了一幅奇異的景象，記錄太陽黑子周期變化的圖表竟然呈現出一幅展翅欲飛的蝴蝶圖案。

蒙德以緯度為縱坐標，以時間（年份）為橫坐標，繪出太陽黑子的分布圖后，發現漸漸靠近赤道的太陽黑子就像蝴蝶的兩只翅膀。如果把幾個太陽黑子周期的圖案繪制在一起，就組成了一連串翩翩起舞的“蝴蝶”。

目前，科學家們正致力于研究這個神奇的太陽黑子“蝴蝶圖”。太陽天文學家諾頓說，要想揭開謎底，首先要從所謂的太陽發電機效應（Solar Dynamo）說起。她說：“太陽發電機效應是太陽物理學中最為神秘的事物之一，它指的是在太陽內部和太陽表面的機械運動轉化成磁能的過程。”

因為太陽黑子活動區域被認為是強磁場區，同時太陽黑子會在11年的周期內發生增多和減少的現象，所以科學家認為太陽磁場也會在這一時期內增強或減弱。諾頓說：“太陽黑子周期的循環性是證明太陽內部磁場在這個周期里發生變化有力的證據。”

諾頓和她的同事建立了太陽表面和內部的不同種類的熱氣流電腦模型，他們認為這有助于更好地了解太陽發電機效應，同時也有助于解釋太陽黑子移動產生“蝴蝶圖”的原因。

諾頓的同事吉爾曼說，對于太陽黑子活動圖為什么會呈現蝴蝶圖案這個問題，目前還沒有一個統一的科學結論。其中，最主要的理論是以吉爾曼同事迪科派蒂的電腦模擬為基礎的。

迪科派蒂的電腦模擬將太陽黑子的移動和被稱為經向流的等離子流聯系了起來。經向流在太陽赤道和兩極之間流動，它的全部過程被稱之為太陽活動周期。

經向流就像擁有兩個傳送帶的系統。這兩條“傳送帶”一個位于北半球，一個位于南半球，每個“傳送帶”都沿著太陽表面，從赤道運動到北極或是南極。到達極地時，每條“傳送帶”會轉個彎，進入太陽內部。經向流經過太陽內部的最外層即環流區返回到赤道。當“傳送帶”到達太陽赤道時，它又會轉頭沿著來的路徑，重新回到太陽表面，開始新一輪的循環。

一個太陽活動周期的時間為22年，或者說是兩個太陽黑子周期。這個理論認為，“傳送帶”的兩半都擁有相似的太陽黑子圖案，這就是為什么太陽黑子活動遵循著11年的周期——等于太陽活動周期的一半。

根據迪科派蒂的的理論，太陽黑子在太陽表面流動會留下痕跡，這種痕跡還被帶到太陽內部，科學家們相信，太陽黑子的磁場在這里形成，而新的太陽黑子則是在最近周期內的痕跡上形成的。

通過了解經向流速度的變化以及過去的太陽黑子周期，迪科派蒂和同事相信他們也許能夠預測太陽黑子活動的時間和強度，從而也能對太陽風暴有所了解。他說：“事實上，在最近的工作中，我們預測因為經向流在目前周期內的速度放慢，所以下一個周期，即周期24的開始將會被推遲。”