本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。
太陽的磁場每十一年翻轉一次。太陽是一個由氫氣和氦氣構成的巨大球體，這些氣體被重力壓縮到足以維持核聚變，從而放出巨大的能量，把太陽加熱到很高的溫度。太陽的高溫使許多氫原子釋放出電子，剩下帶電的（即電離的）氫離子。
太陽黑子數量（如圖中的縱軸顯示）、太陽耀斑數量、太陽亮度和太陽射電輻射通量都遵循著同樣的11年的周期，因為它們都是由相同的過程導致的，即太陽磁場的打結、斷裂和翻轉。
公共圖片，來源：NOAA
太陽本身的穩定自轉讓所有帶電的氫原子均圍繞著自轉軸旋轉，勾畫出巨大的圓形軌跡。只要是玩過電磁鐵的人就能告訴你，電荷繞圈運動時，你會得到一個很強的磁場。太陽裡的帶電氫原子隨著太陽的自轉而旋轉，會製造一個環狀的電流圈，從而形成一個北極指向圈的上方、南極向下圈的下方的磁場。因為太陽中所有的帶電原子大致上都繞著同樣的旋轉軸且在同一方向上旋轉，所以它們形成的所有磁場會合在一起，形成一個巨大的偶極磁場。近似地來說，太陽表現得像一個巨大的條形磁鐵，一端是北極，一端是南極，而且兩個磁極都與自轉軸平行。（這就類似於地球是如何因為自轉而獲得一個整體上的磁場的。）
太陽磁場線示意圖
這是一個很好的開始，但還不是全部。與地球不同的是，太陽不是固體，而是一個由冒著泡、不斷移動且旋轉著的氣體構成的巨大球體。因此太陽的每個部分都以不同的速度旋轉著。事實上，太陽赤道附近的部分比兩極附近的轉得快得多。因為是旋轉產生了磁場，所以不同的旋轉速度會導致磁場扭曲打結。為了更好地說明，請把磁場想像成是一束磁場線的集合，它們像繩子一樣連接南極和北極。當太陽靠近赤道的部分旋轉得更快，並且運動到其他部分之前時，它們就會把磁場線拖到前面，導致磁場線的扭曲和打結。
磁場線會引導帶電粒子運動。太陽裡的氫離子帶有電荷，從而他們會順著磁場線運動。太陽表面磁場線上的磁結會把一團團灼熱的氣體困在表面，這些氣體因此無法像往常一樣蒸發到宇宙中。這些被困住的氣體就是我們在太陽表面看到的暗點，稱為「太陽黑子」。最終，磁場中的這些結要麼解
太陽黑子
開，同時太陽黑子消失，要麼變得過於扭曲，以至於磁場線斷裂開來。磁場線斷開時，就無法再捕獲熱氣。此時，熱氣已經形成了壓力，因此磁場線的斷裂會導致激烈的熱氣釋放。這些發光的氣體噴入太空，將一個個帶有強光和物質的火球拋入太陽系。這種火球被稱為「太陽耀斑」。
太陽耀斑
太陽黑子和太陽耀斑都是由太陽磁場的打結所造成的。打結越多，太陽黑子和太陽耀斑就越多。請記住是赤道部分旋轉過快而導致了磁場打結。隨著時間的推移，赤道旋轉得越來越靠前，從而磁場線上的結越來越多，太陽黑子和太陽耀斑也就越來越多。
太陽赤道部分旋轉得更快，導致磁場線扭曲
這個過程不可能永遠持續下去（因為磁場不可能無限制地打結）。每十一年，太陽磁場打結過於嚴重，以至於磁場線一次性全部斷裂。不同於任何單獨發生在某個太陽黑子上的斷裂，這次斷裂中所有區域的磁場線全都會斷裂。這個每十一年一次的巨大斷裂現象會導致太陽磁場的翻轉，從而使磁場的北極與南極交換位置。它還會導致磁場線重新回到未打結的狀態，也就會產生極少的太陽黑子和太陽耀斑。太陽在這個11年的周期中被推進著，不斷解開磁結、打結、越結越多、斷裂、解開，然後又打結，循環往復了幾百萬年。每個月太陽黑子的數量、太陽耀斑的數量、磁場上結的數量甚至是太陽的亮度都遵循這個11年的周期。
太陽磁場的打結、斷裂與翻轉（示意圖）
由於地球保護罩一般的大氣層和磁場，太陽耀斑對地球表面的生命幾乎沒有直接影響。太陽磁場每十一年一次的翻轉已經進行了幾百萬年，也沒有對地球生命造成任何傷害。但是太陽耀斑會對地球大氣層外部的人員和設備造成傷害。它會在太空中對太空人造成輻射傷害，並破壞太空飛行器和衛星。另外，太陽耀斑與地球磁場的碰撞會產生地磁暴，其強度足以破壞地球上的電網。
作者： wtamu
FY: 閒雲歌者
如有相關內容侵權，請於三十日以內聯繫作者刪除
轉載還請取得授權，並注意保持完整性和註明出處