黑子和太阳活动周期的发现
太阳上最显著的现象是黑子，有时用肉眼便可以看见，其范围之大可以超过10万千米。说到黑子的发现，还有一段有趣的故事。席奈尔本是一位天主教的教士，他却首先观测到日面黑子，这是违背他本人和他的神父意愿的事。原来太阳一向被人尊敬为纯洁无瑕的天体，那时的官方学者绝没有人敢想到太阳表面上会有斑点，那时这是离经叛道的事。这位教士反复观测，对于黑子的存在已经没有丝毫的怀疑，他跑去看他的神父——一位热烈拥护亚里士多德学派的人。他绝对不相信有这回事，他对席奈尔说道：“我读过了几遍《亚里士多德全书》，我敢告诉你，那里面并没有谈到有这类的事。”他把席奈尔遣走，还说道：“去吧！孩子，放心吧，这一定是你的玻璃或者你的眼睛上的缺点，你错误地把它当作了黑斑。”在那个时代里，对经典的崇拜远远超过对于自然的研究。但是事实是谁都不能抹杀的，那些热爱自由、喜爱观测的人，如席奈尔以及伽利略，还有许多其他的人，都用事实证明了黑子的存在。
在这尺度上太阳的直径是90厘米。太阳黑子发现后，19世纪初期，德国有一位名叫亨利·施瓦布的药剂师，是一个十分狂热而又异常勤奋的天文迷。那时候，英国天文学家赫歇尔刚刚发现天王星，许多天文学家认为，在水星轨道之内，离太阳很近的地方还有一颗尚未发现的大星行，并称之为“火神星”(因为水星的运动存在异常，他们怀疑是“火神星”的影响造成的)。许多人都想成为这颗“火神星”的发现者，施瓦布即是其中极热心的一个。他从1820年开始对太阳进行观测，想利用“火神星”凌日的机会发现它。只要天气晴朗，他的观测从不间断。为了把太阳黑子与“火神星”区别开，施瓦布每天都把日面上的黑子画下来。
他整整坚持画了17年，但直到1843年，始终没有找到“火神星”的踪影。施瓦布把积累了几柜子的黑子图全部翻出来进行比较，想从中寻觅到“火神星”的蛛丝马迹。然而，“火神星”没有找到，他却意外地发现了太阳黑子的11年周期变化。施瓦布马上将自己的发现写成论文，寄到天文期刊编辑部，但是因为他是一位药剂师，编辑们根本没有理睬他。施瓦布没有气馁，继续坚持每天观测。又过去了16年，1859年，施瓦布已经是一位双鬓斑白的老人。“火神星”依然没有踪影，而太阳黑子变化的规律却更加明显了。施瓦布把自己的观察成果告诉了一位天文学家，这位天文学家帮助施瓦布把这一重大发现公之于世。施瓦布的发现受到天文学家的极大重视，并很快得到了证实。目前，太阳活动的11年周期变化已成为大家公认的太阳活动基本规律。
以后，天文学家沃尔夫(Wolf)搜集和分析了自发现望远镜以来所有的黑子观测资料，证明了这个结果。我们可以从两个世纪以来黑子变化的曲线图(图2-44)上明白这种现象并不是很有规律的。有些周期里，太阳比较平静；另外一些周期里，比较活跃。有些情形在周期开始两三年后便达到极盛时期，有时则要到11年周期的中段才达到极盛时期。周期间的这些差异好像并不是没有关联的，它们遵循某些我们还不知道的规律，这些规律对于现象的了解无疑是很重要的。现在我们认为，在黑子的极盛期，太阳在作激烈的爆发，爆发愈强烈时来势愈猛，为期愈长。每一周期开始的时候，黑子出现在纬度40°左右，和地面相当的纬度比较，可以说是在温带上。渐渐地，黑子的区域接近热带，随着就到了赤道，黑子也就稀少了。这种变化经卡林顿发现后又经斯波雷尔证明：
自1750年至1950年黑子活动的变化坐标表示每年的黑子的沃尔夫数字，这数字代表每日所见的黑子的数目与面积，11年的周期很显明。个别黑子的特性也和它们的统计特性一样有趣。一粒黑子在诞生前几小时，至多一天以前，有明亮的纤维状结构的光片出现，这叫做光斑。忽然一个孔穴出现在片状的光斑上，便产生了黑子。随着黑子长大，它的特征结构发展为黑沉沉的一个小范围。其中间相当黑的，叫做本影；周围比较明亮的，叫做半影；向径上分布有纤细的条纹。在同一区域里，产生一个或几个黑子。在几天或者几十天以后，最小的黑子消逝，或者消融在大黑子里；大黑子也衰微而至消灭。光斑仍保留一些时候，最后也还是绝迹，可是在同一区域里有别的黑子重新出现的趋势。黑子的寿命长短和它的大小有紧密的联系，最大的可以生存到三个月之久。
在耀眼的日轮的背景上，黑子显得是黑色的，不过这只是陪衬的效果：一个大黑子本影的亮度还可达光球亮度的10％，它的有效温度(即按斯忒藩定律求出的）约为4300℃。我们真不该说黑子是冷的啊！
太阳耀斑王
1859年9月1日，英国天文爱好者卡林顿观测到一个惊人的日面现象。那天上午11点多，他正在聚精会神地观察太阳的影像，测量投影在白纸“银幕”上的黑子大小。突然，他发现在一群黑子的上方，爆发出两个耀眼夺目的新月形“闪光”。起初，卡林顿认为望远镜筒上的遮光板可能有了小洞，太阳光可能由此透射到投影屏幕上来了。检查结果是遮光板完好无损。卡林顿当时认为，这突然的闪光可能是由一颗陨星撞上太阳引起的。
与卡林顿在一起的观测者也观测到了那突然明亮的“闪光”。他们还发现那亮斑很快地变暗，约5分钟后，连一点痕迹都没有了。在这同一天，别处的一位天文观测者也看到了同一个闪光现象，他说，当时他竟不由自主地从望远镜前倒退了一步。此后不久，更为奇怪的事情发生了。即日面突然闪光现象生后几天内，世界上许多地磁台都记录到了强烈的地磁暴，致使航海罗盘、通信设施等一些设备都不同程度地失灵乃至受损。
人们为那种日面突然闪光起了个名字——“太阳耀斑”。多年以后，科学家们终于知道，太阳耀斑是日面上一种最为剧烈的活动现象。它的主要观测特征是在进行常规太阳单色光观测时，日面上(常在太阳黑子群上空)有时突然出现迅速发展的亮斑，其寿命仅仅在几分钟到几十分钟间，亮度上升较迅速，下降较慢；除了日面局部突然增亮的现象外，它更主要的表现是在从射电波段直到X射线的全波段辐射通量的突然增强，与此同时有大量高能粒子流和等离子体云喷发；在短短的一二十分钟内，耀斑可释放出高达10+{26}焦耳的巨额能量，对地球空间环境影响极大，其能量相当于地球上十万至百万次强火山爆发的能量总和。有的天文学家称太阳耀斑为日面上惊天动地的“爆炸”。
日本于1991年8月发射了“阳光号”人造卫星，卫星上有两台X射线望远镜，用于观测有关太阳耀斑爆发的现象。在两年的观测时间里，卫星获得了100余万张日面照片。这些资料初步揭示出，太阳有着一个沸腾的表面，由巨大的气泡和连续爆发发出的能和热组成。更为壮观的是在气泡中产生。着强大的磁场。这个磁场呈拱形，拱形的“基部”相距达数万千米，磁场驱动着大量微粒和电流，这个拱形的磁场不断升高、颤动、互相扭曲着，最后形成许多弹性的“结”。为了挣脱“结”的束缚，这巨大的拱形物或相互碰撞，或以爆发方式以求恢复原状。在此情况下，终于从磁场“裂口”处(黑子上空)产生了惊天动地的爆发——耀斑。从所摄的照片上还可以看到，这种爆发实际上是一场“火”的暴风雨。它可造成短波无线电通讯中断，人造卫星讯号中止，造成高压电缆短路，还对地球气候有影响，如特大暴雨等。
虽然太阳的能源来自氢核聚变，但耀斑本身却不是热核能。大多数太阳物理学家认为，它的能量的确来自一种完全不同的能源——磁场。但是，太阳磁场的结构究竟如何这至今仍是太阳物理学家们研究的太阳之谜之一。
