蝴蝶圖

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後,發現漸漸靠近赤道的太陽黑子就像蝴蝶的兩隻翅膀。如果把幾個太陽黑子周期的圖案繪製在一起,就組成了一連串翩翩起舞的“蝴蝶”。

黑子歷史

1840年代德國的一位業餘天文學家發現了太陽黑子10-11年的周期變化規律。通過長期的觀測,人們還發現太陽黑子在日面上的活動隨時間的變化,緯度分布也有規律性。

故事

一開始,幾乎所有的黑子都分布在±30°的緯度內,太陽活動劇烈時,它往往出現在±15°處 ,並逐步向低緯度區移動 ,在±8°處消失。在上一個周期的黑子還沒有完全消失時,下一個周期的黑子又出現在±30°緯度附近。 1853年,英國一位名叫卡林頓的天文愛好者,決心通過觀察太陽黑子,確定出準確的太陽自轉周期。卡林頓擁有一座私人天文台,可以晝夜進行天文觀測。在1853—1862年間,他仔細觀察記錄黑子的數目,並注意記錄黑子的日面位置。

功夫不負有心人。卡林頓終於發現,太陽黑子沿日面旋轉移動一周的時間各不相同。在太陽赤道上,黑子大約只要25天便在日面上自轉一周,而在日面緯度45°處的黑子則需27天半才完成一次自轉。卡林頓的發現,徹底否定了有的天文學家提出的太陽是固體的理論。

另一位天文愛好者──德國的斯玻勒,在1860年發現,每當一個黑子周期開始時,最先出現的黑子總是在離赤道較遠處(平均緯度為35°);然後,黑子出現的位置漸漸靠近太陽赤道,在緯度10°~25°之間出現最頻繁;最後,所有的黑子集中到南、北緯度約5°處。1894年,斯玻勒在總結分析了大量黑子觀測資料的基礎上,提出了黑子日面緯度分布規律,即後來著名的“斯玻勒定律”。這個定律告訴人們,絕大多數黑子都出現在日面緯度+8°~+45°和-8°~-45°的區域內,在此範圍之外很少有黑子出現。在每個黑子周期(約11年)開始時,黑子大多出現在緯度±30°的地方;極大時(稱為太陽活動峰年)在±15°出現;周期末了常在±8°處消失。前一個周期的黑子還沒有完全消失,下一個周期的黑子有時又開始在±30°處出現了。

為了紀念卡林頓和斯玻勒對天文學的貢獻,科學家們常把太陽自轉會合周期稱為“卡林頓周期”,其平均值為27.2725日;每當提到日面黑子分布規律,人們習慣地稱為“斯玻勒定律”。

後來,英國天文學家蒙德根據斯玻勒定律,以太陽黑子群的平均日面緯度為縱坐標,以時間(年份)為橫坐標,繪出黑子分布圖,酷似一隻只蝴蝶,太陽物理學家們稱此為黑子“蝴蝶圖”。太陽黑子數的多少以及在日面上的分布,均有一個平均大約11年的周期變化規律。

如果以黑子的緯度為縱坐標,以時間為橫坐標,繪出的黑子分布圖很像蝴蝶,因而稱作蝴蝶圖。在1904年,由芒得 (W. W. Maunder) 所提出,因而也被稱為芒得蝴蝶圖(Maunder butterfly diagram )。

許多專家對蝴蝶圖的含義進行了研究,但是直到現在還沒有確定的結論。

芒得圖

(Maunderdiagram)

芒得,將太陽黑子標示在「時開一一緯度」坐標岡上時,發現所得黑子周期圖形成蝴蝶狀,稱為芒得圖或蝴蝶圖

英國皇家格林威治天文台的芒得進一步發現,太陽黑子出現的頻率與緯度位置和太陽黑子周期有關,而顯現黑子之數量及出現位置的圖形看起來狀似蝴蝶,稱為蝴蝶圖或芒得圖。

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