【神奇天象】古人是如何认识“太阳黑子”的？

太阳黑子是太阳表面温度较低的区域，在太阳活动比较频繁的年份，会出现太阳黑子，甚至出现黑子群。这是由于太阳磁场强度比地球高了上一万倍，强磁场能够抑制太阳内部能量通过对流的方式向外传递。因此，当强磁场浮现到太阳表面时，该区域的背景温度就会缓慢下降，从而使该区域出现暗点，即太阳黑子。人们在早晨或傍晚，当太阳光度减弱时，使用肉眼就可见观测到这种现象。

中国的历史文献中曾使用不同的术语来描述太阳上的暗斑，如“卵”、“桃”、“李”、“乌”等，虽然了解它们的确切含义并不容易。不过，据不完全的统计，中国从汉代至明代的一千六百余年中，有关黑子的记载多达100余次，这却是没有任何争议的。上百次的记载，这可能看起来数量并不少，但它只是实际观测的一小部分。由于太阳周期性的活动，太阳的表面经常会出现斑点，所以太阳黑子是一种常见的天文现象。在中国古代文献中，并没有明确提到观测太阳黑子所用的方法。一般认为，最简单的方法是在有薄雾或者发生日食的时候进行观测。此外，也可以在水盆中加入墨汁，通过太阳在盆中的影子来观察。

这样的观察方式，以及肉眼对黑子的感知程度，都会显著地降低黑子被观测到的可能性。在观测条件良好的情况下，人眼可以分辨出大小为1角分的斑点，这大约是太阳直径的三十分之一。但是，即使考虑到观测中面临的各种限制，中国古人所观测到黑子的数量仍然很低。可以大致估计，在所有可以观察到的太阳黑子中，这充其量只占到0.1%。所以有可能的解释是，与彗星和客星的观测不同，中国古代对太阳黑子的观测并不是系统的。一些研究表明，太阳黑子的记录更多的出现在每个月的月初。月初意味着朔日附近，也就是可能有日食发生的时候，在这期间太阳更容易被人们所关注。特别是，这一时期人们更关注于通过观测太阳，来确定是否发生日偏食，以及判断日食的食分大小，也正是在这些关键性的时刻，才促使人们更加注意太阳黑子的出现。

当然，太阳黑子的观测频率可能也与帝王的关注程度有关。如明初是太阳黑子频发的时期，这就曾引起朱元璋的格外关注和警觉。在各种异常天象中，朱元璋对“日中有黑子”即太阳黑子现象可以说是最为关注的，甚至对此惶恐不已。太阳通常明盛而耀眼，使人不能逼视，因此在古代太阳象征着君王的权势不可窥测。一旦太阳的本体光度减低时，就意味着灾害的产生。虽然日食也会产生“日无光”或“日昼昏”的现象，但日食发生的时间往往较短，况且明初的大统历对日食的预测已经达到比较精确得水平，所以在明代除了出现大食分的日食，或者日食出现在正月或四月即“日食正旦”、“日食正阳之月”之外，一般发生日食只会按例救护，并不会引起过多的恐慌。

然而，太阳黑子则不同，由于持续时间一般较长，并且在当时无法事先预知，加上明朝初期恰巧又是太阳黑子频发的时期，所以才引起了朱元璋的格外关注和警觉。据统计，《明实录》中的记载的明代“日中有黑子”记录共有24条，朱元璋时期就高达21条。另据《明太祖实录》记载，洪武三年（1370年）正月初七，朱元璋谕中书省参政陈亮、侯至善：“司天台言朔日以来日中有黑子，其占多端，朕观存心录，以为祭天不顺所致，今郊坛从祀礼文太简，宜命礼部太常司详拟圜丘、方丘，增以十二月将旗纛之神”。该年的十一月十九日，朱元璋又因为郊祀时间临近，但日中却累有黑子，再次谕辅臣：“朕于天地之祀，夙夜祗惕，凡执事群臣皆当慎之，有刑过、丧服及体气疮疡者，勿令与祭”。随后十二月二十七日，日中依然屡有黑子，朱元璋只得下诏让廷臣谏言评价其施政得失。但太阳黑子在洪武四年（1371年）依然频发，朱元璋甚至不得不亲自写信向当时已经致仕的刘基询问：“日中黑子又见三年，今秋天鸣震动，日中黑子或二、或三、或一，日日有之，更不知灾祸自何年月日至，卿山中或有深知历数者、知休咎者，与之共论封来”。

虽然中国古代对太阳黑子观测的次数并不算太多，但这却是中国古代天文学中最具代表性的发现之一，并在相当长的历史时期内在全世界都是遥遥领先的。因为在欧洲，直到九世纪才有疑似为太阳黑子的记录留存下来。

1612年6月23日，伽利略使用了望远镜成功地区分出了两组太阳黑子的位置，此后欧洲人便将太阳黑子的发现归功于他。事实上，英国人托马斯·哈里奥特（Thomas Harriot，约1560-1621）和荷兰人若阿内斯·法布里奇乌斯（Johann Goldsmid，拉丁名为Johannes Fabricius，1587-1616年）也分别声称在此前的1610年和1611年就已经观测到太阳黑子。1612年，德国的克里斯多夫·沙伊纳（Christophe Scheiner，1573-1650）也紧随其后发现太阳黑子。不过，欧洲人一直在焦虑的氛围中回避着这一发现。因为人们很难接受这一事实，即太阳作为最重要的恒星，并不是像《圣经》所宣称的那样完美和永恒不变，他们也一直认为根本就不存在什么太阳黑子。所以，即便伽利略在使用望远镜观测到太阳黑子后，仍旧有人认为黑子只是行星凌日造成的。

太阳黑子

2017年9月国际空间站凌日，位于两处太阳黑子之间

太阳与人们的生活息息相关，我们的先民就曾长期认真地关注和观察太阳。早在大汶口文化时期，人们就已经在陶器上刻划有太阳的形象，中国古代的史料对太阳黑子的记录很多都比较详实，如《汉书·五行志》记载有：“河平元年，三月乙未，日出黄，有黑气大如钱，居日中”，这一内容不但记录黑子出现的日期，还说明了黑子的大小、形状和位置，而这也是目前已知世界最早的太阳黑子记录，因此具有十分珍贵的史料价值。

大汶口陶尊上的太阳

此外，中国古代对太阳黑子的形状基本上都有比较形象地描述，这可能与当时对太阳黑子的分类思想有关。其中大体可以分为三类：第一类为圆形，有如环、如桃、如李、如钱等；第二类为椭圆形，有如鸡卵、如鸭卵、如枣等；第三类为不规则形，有如飞鹊、如飞燕、如人等。有学者认为，第一类可能是刚出现的黑子，第二类可能是双极黑子，第三类显然就是太阳黑子群，这些类型实际上代表了太阳黑子产生，发展和消失过程中的不同形态，即最初出现仅为一个小的圆形黑点，然后黑点逐渐增大，以致于分裂成两个大黑子，并随黑子逐渐分裂形成黑子群。明史《明史·天文志》记载有“天启四年（1624年）正月癸未，日赤无光，有黑子二，三荡于旁，渐至百许，凡四日”，这有可能反映就是太阳黑子分裂的现象。

《玉历占》黑子若气占

古人对于太阳黑子的本质也曾有过有趣的争论，西汉时期《淮南子》一书认为黑子是“日中有三足乌”，即“日中有踆[cūn]乌”。东汉时期的王充在其《论衡》中认为驳斥道：“夫日者，天之火也，……天火之中，何故有乌？火中无生物，生物入火中，焦烂而死焉，乌安得立？”，他还明确地指出“黑子是日气也”，日气则是是一种火，这样的认识在当时也是难能可贵的。

在中国古代对太阳黑子的记录，为现代天文学也提供了不少非常宝贵的科学证据。首先，可以证实自十七世纪以来的太阳的这些活动，是长期存在的，不是近期才发生的现象。其次，太阳黑子的数量也是有着一定的变化规律，这至少也是得益于中国古人的早期观测结果。到了十九世纪，人们发现太阳黑子的出现是有周期性的，其中包括就有大家熟悉的11年短周期，这与太阳的活动紧密相关。而通过太阳黑子的历史记录，我们就可以了解太阳活动更长期的影响，如16至17世纪的太阳黑子极小期内，就发生了几千年以来气温最低的“小冰期”。例如，大约是从1645年至1715年的“蒙德极小期”内，太阳黑子就非常罕见，天文学家爱德华·沃尔特·蒙德（1851-1928年）在研究那段时期的观测记录时发现，在蒙德极小期当中的一段30年时间里，天文学家只观察到约50个太阳黑子，而在平常可以观察到多达4万至5万个太阳黑子。由于此时也恰好是地球的小冰期，由于这个不正常的时期与小冰川期有着惊人的联系，有观点认为两者可能存在一定的关联，这也表明了太阳活动在气候变化中的影响。

另外，虽然中国古代对太阳黑子的观测是零碎的，但是基于这些文献材料，1987年哥廷根大学的惠特曼和南京天文台徐振韬通过研究表明，在过去的两千多年中，太阳活动的平均周期为11年，但它的持续时间可以是从9.9年到12.3年不等。此外，太阳活动可能同时还存在一个220至250年的长周期，但其原理至今尚不清楚。