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开普勒于1607年绘制的开创性太阳黑子草图在400年后解答了

2024-10-16 16:38:01 生活来源：

导读最早可追溯的太阳黑子图画是基于约翰尼斯·开普勒于1607年5月使用暗箱进行的太阳观测而绘制的。研究人员利用现代技术重新研究了约翰尼斯·...

最早可追溯的太阳黑子图画是基于约翰尼斯·开普勒于1607年5月使用暗箱进行的太阳观测而绘制的。

研究人员利用现代技术重新研究了约翰尼斯·开普勒半被遗忘的太阳黑子图，并揭示了太阳活动极小期之前隐藏的太阳周期信息。通过重现这位伟大天文学家的观测条件，并根据现代统计学应用斯波勒定律，日本名古屋大学领导的一个国际合作小组测量了开普勒太阳黑子群的位置，将其置于太阳周期的尾端，早于托马斯·哈里奥特、伽利略·伽利莱和其他早期望远镜观测者后来见证的周期。

该小组的研究结果发表在《天体物理学杂志快报》上，为解决17世纪初太阳活动周期持续时间的争议提供了关键答案。太阳活动周期与从常规太阳活动周期过渡到太阳活动极小期(即蒙德极小期，15-1715年)有关。太阳活动极小期是太阳黑子活动异常低的一段持续时间，这对于让研究人员了解太阳活动及其对地球的影响非常重要。

开普勒的重要观测

开普勒因其在天文学和数学方面的历史成就而闻名，他在17世纪早期记录了最早的太阳活动，比最早的望远镜太阳黑子图早得多。他使用了一种称为暗箱的装置，该装置由墙上的一个小孔组成，将太阳的图像投射到一张纸上，这样他就可以勾勒出太阳上可见的特征。

1607年5月，他记录了一次被误认为是水星凌日的现象，后来澄清为太阳黑子群目击事件。太阳黑子是太阳表面因强烈磁场活动而显得较暗的区域。它们的出现、频率和纬度分布以周期性出现，影响太阳辐射和太空天气。

该研究的主要作者HisashiHayakawa认为，研究人员低估了这一发现的意义。“由于这一记录不是望远镜观测的，因此仅在科学史的背景下进行讨论，并且尚未用于17世纪太阳周期的定量分析，”他说。“但这是有史以来用仪器观测和投影绘制的最古老的太阳黑子草图。”

他继续说道：“我们意识到，只要我们设法缩小观察点和时间，并重建当时的日光坐标倾斜度(即太阳表面特征的位置)，这个太阳黑子图就应该能够告诉我们太阳黑子的位置，并指示出1607年的太阳周期阶段。”

17世纪：天文学的关键时期

这些观测非常重要，因为17世纪是太阳周期的关键时期，不仅是太阳黑子观测刚刚开始的时期，也是太阳活动从正常太阳周期过渡到蒙德极小期的时期，这是观测历史上独特的太阳活动极小期。

目前还不清楚太阳活动模式是如何从常规周期转变为太阳活动极小期的，只知道这种转变是渐进的。之前基于树木年轮的重建之一声称，太阳活动序列由一个极短的太阳周期(约5年)和一个极长的太阳周期(约16年)组成，这些异常的太阳周期持续时间与从常规太阳周期转变为太阳活动极小期的前兆有关。

“如果这是真的，那确实很有趣。然而，另一项基于树木年轮的重建表明，太阳周期序列的持续时间正常，”名古屋大学的HisashiHayakawa说道，“那么，我们应该相信哪一项重建?用独立的(最好是观察性的)记录来检查这些重建非常重要。”

开普勒的遗产

Hayakawa解释道：“开普勒的遗产不仅限于他的观测能力;它还为关于从常规太阳周期过渡到蒙德极小期的持续争论提供了信息。蒙德极小期是太阳活动极度减少和半球不对称异常的时期，发生在15年至1715年之间。”“通过将开普勒的发现置于更广泛的太阳活动重建中，科学家获得了解释这一关键时期太阳行为变化的关键背景，这一时期标志着从常规太阳周期过渡到太阳活动极小期。”

Hayakawa表示：“开普勒在17世纪为天文学和物理学做出了许多历史性贡献，甚至在太空时代也留下了他的遗产。在这里，我们进一步表明，开普勒的太阳黑子记录比现有的1610年望远镜太阳黑子记录早了好几年。他的太阳黑子素描证明了他的科学敏锐性和面对技术限制的毅力。”

比利时皇家天文台研究员萨布丽娜·贝切特补充道：“正如我的一位同事告诉我的那样，看到历史人物的遗留记录在几个世纪后仍向现代科学家传达重要的科学意义，真是令人着迷。我怀疑他们是否能想到，他们的记录会在他们去世后很久才造福科学界。除了科学史本身，我们还有很多东西要从这些历史人物身上学习。就开普勒而言，我们站在科学巨人的肩膀上。”

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