海耳定律也稱為海耳極性定律或海耳–尼科爾森定律，在太陽物理學中，是一種關於太陽活躍區中磁場方向的經驗定律。
它適用於具有（雙極磁場配置）的簡單活躍區，其中一方磁極相對於太陽自轉方向領先。海耳定律指出，在同一北半球或南半球中，這些活躍區具有相同的磁極性；在相反的半球中，這些活躍區的主導極性相反；而且，從一個太陽黑子週期到下一個，這些極性會反轉。 它以喬治·埃勒里·海耳（George Ellery Hale）和塞思·巴恩斯·尼科爾森（Seth Barnes Nicholson）命名，他們對活躍區磁場的觀察促成了20世紀初定律的制定。
海耳定律、喬伊定律與史波勒定律，為產生太陽磁場的太陽發電機模型提供了觀測約束。海耳定律指出，活躍區起源於太陽內部高度組織化的磁場，該磁場在赤道上反轉極性，並在太陽黑子週期間交替極性。
歷史
太陽磁場最早於1908年由喬治·埃勒里·海耳發現，當時他以觀測方式證明太陽黑子具有強烈的雙極磁場。透過這些觀測，海耳還注意到同一北半球或南半球內大多數太陽黑子群共享相同的前導主極性，且這種模式在赤道兩側反轉。隨著第14太陽週期轉入第15太陽週期，海耳及其合作者進行了更多觀測。 1919年，他們的研究揭示，兩半球內太陽黑子對的磁極性會從一個11年週期反轉到下一個。這些模式統稱為「海耳極性定律」，簡稱「海耳定律」。
定義
海耳定律描述了與太陽活躍區相關的磁極性。大多數活躍區的磁場可以用一對極性相反的磁單極子來近似，此時該區域稱為「雙極活躍區」。這些極點通常排列為一極相對於太陽自轉方向先導，另一極則後隨。
海耳定律指出，雙極活躍區根據位於太陽球的北半球或南半球，具有以下特性：
- 在同一半球中，區域通常具有相同的前導極性。
- 在相反的半球，區域往往具有相反的前導極性。
- 兩半球的前導極性會從一個太陽黑子週期反轉到下一個太陽黑子週期。
反海耳區
違反海耳定律的雙極活躍區被稱為「反海耳區」。估計違反黑爾定律的雙極性活躍區比例介於2%到9%之間。小而弱且短暫的活躍區違反海耳定律的頻率高於平均值，相對數量約為40%。相較之下，只有4%的中大型活躍區違反海耳定律。此外，反海耳區——以及一般較小的區域——往往具有不遵循喬伊定律的方向角或傾斜角，且在太陽極小期期間被發現更為普遍。
海耳週期
由於海耳定律指出，每個半球的前導磁極性在太陽黑子週期間交替，因此前導極性需要兩個完整週期才能恢復到原始模式。這表示約11年的太陽黑子週期，是有時稱為「海耳週期」的22年磁場週期的一半。
太陽發電機
海耳定律對太陽內部磁場及其驅動的發電機有重要影響。也就是說，觀察到某個南北半球中活動區都具有相同的前導磁極性，這暗示它們的出現是太陽內部一個高度組織化的東西向排列磁場（環向）的表現。此外，觀察到前導磁場的極性在赤道上反轉，並在連續的太陽黑子週期間交替變化，進一步顯示這種環向磁場也會在赤道上反轉極性，並在週期間交替極性。
海耳定律，加上喬伊定律（太陽黑子群傾斜定律）和史波勒定律，活躍區的緯度變化，為太陽發電機模型提供了強烈的觀測制約。例如，根據巴布科-雷頓機制，太陽發電機的環向磁場是由緯度方向的太陽差異自轉繞起一個南北排列的極向磁場所產生的。
相關條目
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- 太陽週期表
參考文獻
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