太阳黑子计数如何统一科学的过去和未来
20世纪中叶，瑞士最傲慢的天文学家是太阳物理学专家
Max Waldmeier 。 1980年退休后，他的同事们感到非常欣慰，以至于差点把他领导的苏黎世天文台主任的倡议寄给他。 沃尔德迈尔（Waldmeier）负责这一实践，植根于伽利略时代，并且仍然是历史上最长的科学实践之一：计算
太阳上的斑点。苏黎世天文台是计算黑子的世界之都：太阳表面上阴暗的黑暗区域，在该区域中，内部热量的循环受到磁场的抑制。 自十九世纪以来，随着太阳黑子相关的天文学家
太阳耀斑 ，能够破坏地球上的生命。 如今，科学家们知道，斑点标记着会形成巨大电磁场的区域，这些电磁场会干扰从
全球定位系统和电气网络到大气化学成分的所有事物。
瓦德迈尔潜在的追随者之所以受到排斥，是因为他对不同于自己方法的敌意。 在太空时代，他坚持使用18世纪发明家命名的
Fraunhofer折射器手动计数点的方法，该方法由苏黎世天文台的第一任主任
Rudolf Wolf在1849年建立。Waldmeier离开后，他的助手利用了遗产问题的不确定性，拿走并安装了望远镜。弗劳恩霍夫在他的花园里。 通过卫星自动观察和跟踪太阳是一个明显的进步，并且比人狭窄的视线没有主观性。
但是，尽管对瓦尔德迈尔（Valdmeier）充满敌意，但他的方法得以保留。 斑点周期性出现。 它们的数量在大约11年中一直在不断增加，随后下降了大约11年。 Valdmeier意识到，由于周期固有的缓慢性，无法自定义解释。 “这个过程不能超频，”比利时皇家天文台太阳影响数据分析中心主任天文学家弗雷德里克·克莱特说。 “要了解太阳，有必要记录长时间的周期。”
Klett解释说，保持数据连续性的最佳方法是使用一种将过去与未来联系起来的观察性方法。 与大多数现代科学不同，跟上技术发展的步伐，人的大脑和眼睛仍然是检测恒星变化的最稳定的设备，它赋予了我们整个生命。
“现代技术和设备具有很多功能，但是这些技术连续仅存在几个太阳周期，因此它们在几个世纪内都没有显示周期变化。”沃尔夫在苏黎世开始的全球点算程序的管理者克莱特说。如国际黑子
号或
狼号 。 在克雷特（Klett）的监督下，缺陷仍需手动计算。 “用眼睛数一下，我们可以将我们今天所看到的与遥远过去所看到的联系起来。”
克莱特说，这是一个了不起的故事。 简单的观察是最长期的科学方法之一。 “这是信息收集的长期，系统的演变，导致人们对黑子现象的理解，蛋糕上的樱桃是预测未来的机会。”
它有效-别碰它：Fraunhofer折射仪以其18世纪的发明家的名字命名，被太阳物理学的专家用来计算20世纪大部分时间的光斑。实地观测比现代天文学更早开始，至少持续了三千年。 由于太阳是几种古老宗教的中心目标，因此任何斑点都被视为重要现象。 对于
赞比西河沿岸的古代非洲人来说
，黑子是嫉妒的月亮拍打太阳脸的污垢。 中国古代人认为景点是飞行宫殿的基石，甚至是决定国王品格的笔触。
维吉尔采取了更实际的方法，在他的
格鲁吉亚人中警告：
如果这些斑点开始干扰金色的火焰，
一切-您将看到-然后它会随风同时沸腾
和云
伽利略（Galileo）更科学地研究了这些斑点，并认为它们是在他研究太阳盘时有用的标定。 通过在望远镜中仔细观察每天的外观变化，他正确地认为太阳是球形的，并且绕其轴旋转，从而转移了不断变化的缺陷。 但是从他的角度来看，这些斑点是随机的。 这留下了很多想像的空间。 哲学家里内·笛卡尔（Rene Descartes）认为这些斑点是史前泡沫的海洋。 天文学家威廉·赫歇尔（William Herschel）相信这些是进入黑暗向日葵世界的通道，人们生活在该恒星的明亮外壳下。
但是，有一位业余天文学家只是对天空有足够的观察力，并记录了他所看到的一切。 从事药剂师工作的
海因里希·施瓦贝 （
Heinrich Schwabe）于1826年开始观察太阳，并且连续40年每年不断从事这项工作超过300天。 最初，他在水星轨道内寻找未被发现的行星。 找不到确定的东西，他逐渐开始观察太阳的斑点表面。
到了1844年，Schwabe数了成千上万的斑点，他确信斑点的出现具有周期：斑点的数量每10年增加和减少。 他对此没有任何解释，但他认为其他人可能会从他的观察中学到一些有用的东西，因此他在《天文学》杂志上发表了一页笔记。 30岁的伯尔尼天文台台长鲁道夫·沃尔夫（Rudolf Wolf）朗读了他的作品。 沃尔夫于1864年成为苏黎世天文台台长时，他决定选择黑子周期作为研究的主题。
沃尔夫只是随着时间的推移才对计算感到不满意。 为了确定周期的存在并正确地进行测量，他谨慎地决定从Schwabe开始收集过去的数据，并将其整合到自己的日常观察中。
问题是数字不匹配。 从1849年到1868年进行了数千次计算，直到最后一次Schwabe计算为止，该数字即使一天计算也不匹配。 弗劳恩霍夫望远镜的功能比旧的Schwabe仪器强大得多，并且可以看到，许多Schwabe斑点实际上都是簇。 为了弥补这一点，沃尔夫做出了两个重要决定。 首先是重新考虑自己的计算-实际上，斑点的相对活动确实很重要。 第二种解决方案是在他和施瓦布在同一天进行观察时建立点数的关系。 他得到了系数k，这个系数可以一直用到Schwabe的旧观测值，直到1849年为止，并将它们与新的Wolf数据进行统计组合。
该系数使一些更有趣的事情成为可能。 得益于许多同时进行的观察，Wolf能够使用旧的Schwabe数据得出其他科学家的k系数，并将其关于斑点数量的数据可靠地扩展到1700年。 然后，沃尔夫在非洲大陆上建立了一个完整的点计数器网络，其日计数从零到几百不等，成为天文学中最可靠的数据集之一。
数据表明，施瓦贝（Schwabe）关于黑子周期是正确的，但关于其持续时间却不正确。 最初，沃尔夫叙述了这个11年的时间，并决定自己已经找到了原因：木星只需要11年就可以绕太阳公转。 但是，他收集的周期越多，相关性就越不可靠。 有些周期持续了14年。 其他人根据9。由于木星的轨道周期没有改变，科学家不得不承认失败。
他继续认为有足够数据的人将能够发现黑子出现的机制。 他一直相信，直到1893年去世。 到那时，他的助手阿尔弗雷德·沃尔夫（Alfred Wolfer）已经和他数了17年。 它们的系数k确保了观测的平稳过渡，直至苏黎世天文台的其他主管，再到傲慢的瓦尔德迈尔（Valdmeier），后者发展了点的演化分类和预测地磁暴的方法，这使太阳能科学得到了极大的发展。
令人惊叹的黑子图像表明，磁力抑制了太阳中的热运动，即太阳对流。 太阳黑子标记了巨大的闪光从那里爆发的区域，影响了地球的GPS和电气网络。那么，为什么黑斑时期被纯日光时期所取代？ 克莱特承认：“实际上，我们仍然不确切知道频率取决于什么频率。” 即使经过315年的数据收集，太阳黑子的循环机制仍未完全阐明。
但是，自Schwabe以来，已经取得了重大进展，特别是在太阳耀斑效应领域。 1859年，沃尔夫观测网络中的两名业余天文学家注意到一堆斑点中有两次明亮的闪光。 接下来的几天，电报的工作中断了，整个欧洲都看到了
北极光 。 几次这样的事件使科学家相信了这些现象的关联，这种现象的解释是在1908年，当时天文学家
乔治·埃勒里·黑尔 （
George Ellery Hale）使用分光镜确定了黑子的磁性（磁性对色谱的影响很小）。 太阳的黑暗缺陷最终可以理解。 它们不是史前泡沫，也不是太阳的聚集体，而是磁场抑制了太阳中热的运动的区域，这种过程称为太阳对流。
今天，由于太阳物理学的缘故，我们知道光斑周期是由旋转太阳内部的等离子体的旋转运动控制的。 由于等离子带电且等离子层以不同的速度旋转，因此太阳球的行为就像发电机一样，产生的电磁场比地球的极性磁场强数千倍。 产生太阳能发电机的等离子体循环是在超级计算机上建模的。 几个世纪以来，收集到的黑子数据通过运行模拟并观察哪些模型最接近连续周期的变化频率，帮助科学家改进和验证了这些模型。 模型越完美，我们对黑子周期的理解就越好。
克莱特解释说，计算黑子的需求只是在从电报转换为卫星的过程中增加了。 他说：“斑点的数量有助于确定未来几个月和几年的趋势，以预测干扰的频率和强度。” 比利时皇家天文台不断收到电信和能源公司的数据请求。 商业航空公司也依赖黑子的趋势，因为太阳磁场会影响电离层中无线电波的速度并扭曲GPS坐标。 如果晴天天气暴风雨，飞行员将把注意力转移到其他导航工具上。
在地球的生命和黑子之间，也得出了较少的已证实的相关性。 医学研究人员正试图找到太阳磁与癌症之间的联系。 经济学家正在研究太阳周期与农业之间的关系。 气候学家想知道小
冰河年龄是否是由“极大的低谷”时期引起的，即18世纪时太阳几乎没有斑点。 那个时期的绘画描绘了人们在泰晤士河和威尼斯上滑冰。
气候学的进展特别有趣。 众所周知，太阳的辐射改变了大气层的化学成分，黑子调节着从红外到X射线等各种波长的强度，轰击了我们的星球。 通过将点的数量与太阳光谱的变化联系起来，气候学家将很快能够确定18世纪最短时期内太阳的光谱图像。
沃尔夫永远不会想到如此应用数据-这对于现在和未来的其他沃尔夫来说都是一个教训：对现代科学中最重要的问题之一-全球气候变化-的解决方案将取决于收集的数据，而这早就为人们所知。 克莱特说：“我认为这是科学研究的本质，在此过程中，您会观察到一种无法理解的新现象。” -就像打开一个新的领域。 您知道您将获得新知识，即使它不是来自您期望的方向。”
对太阳黑子周期的解释将是对沃尔夫拥有数百年历史的秘诀的最终确认。 但是作为一名从事黑子研究的看守人，克利特为另一个突破感到高兴：他最近联系了一个从奸诈的助手瓦尔德迈尔那里继承了沃尔夫工具的人。 使用旧的弗劳恩霍夫望远镜进行的观测再次有助于国际上对黑子的计算。
Delight Klett与情绪无关，而只是指出了Wolf在将点的计算转变为一致的过程中的主要作用。 他说：“我能够确定这架望远镜的系数k。” -理想情况下，它与19世纪Wolf的定义相吻合-这就是当您考虑到今天不是沃尔夫参与计算的时候。 巧合k表示过去两个世纪中脑-眼系统没有改变。”
如果最后几个世纪是一个很好的指标，那么简单的观察将在很长的时间内有价值。 太阳黑子计数可以成为任何需要长期收集数据的研究的模型-例如在成为超新星之前数千年，一颗古老恒星的行为难以捉摸。 与需要数十或数百代的超新星研究相比，计算黑子的速度似乎非常快。
这样的长期实验将是史诗般的挑战。 这将取决于沃尔夫值得统计的狡猾，以及沃尔德迈尔值得顽强的传统主义。 但是为了获得最大的潜力，您需要像Schwabe这样的冷静心态，Schwabe不必知道他们将在他的数据中确切找到什么-优点还在于简单地观察自然现象。