A fotoszféra szerkezete
A Nap "felszíne", azaz a Földről látható része az ún. fotoszféra. Tulajdonképpen ez egy, a teljes csillag méretéhez képest elenyészően vékony, mintegy 400 km vastagságú réteg, amelyben a szemünket érő napsugárzásnak mintegy kilenctizede keletkezik. A fotoszféra alatti tartományt nem láthatjuk, ezért azt a Nap belsejének, míg a szféra fölötti részt a Nap légkörének nevezzük.
A fotoszféra leglátványosabb, legföltűnőbb jelenségei a napfoltok. Szűrővel nézve az égitest felszínét, környezetükhöz képest jóval sötétebb foltokat vehetünk észre, amelyek jól láthatóan különülnek el a fotoszféra többi részétől. Alaposabban tanulmányozva a foltokat, fölfedezhetjük, hogy azok valójában két részből állnak. A folt közepén található a sötétebb umbra, azt pedig a világosabb színű, küllőkre emlékeztető, szálas szerkezetű penumbra veszi körül. A napfoltokat azért látjuk környezetüknél sötétebbnek, mert hőmérsékletük jóval alacsonyabb a fotoszféra mintegy 6000 K felületi hőmérsékletű többi részénél. A penumbra, amely mintegy 80%-os erősségű a fotoszféra fényerejéhez képest, kb. 5500, míg az umbra, amelyben a kilépő sugárzás intenzitása a normál mennyiségű napsugárzáshoz képest 32%, 4000 K hőmérsékletű.
A napfoltok a fotoszférában időnként létrejövő erős mágneses tér koncentrálódása következtében, a mágneses fluxussűrűség helyein keletkeznek. Polaritásuk van, léteznek É-i, illetve D-i polaritású napfoltok is, amelyek mágnesessége egy rúdmágnes É-i, illetve D-i pólusához hasonlítható.
A ciklusok
A napfoltok általában csoportosan jelennek meg, amelyek mérete kb. 100 000 km, és kb. egy hónapig maradnak fönn. A foltcsoportokban eltérő polaritású napfoltok találhatók, amelyeket ketté lehet osztani egy vonallal, így az egyik részben csak É-i, a másikban pedig csak D-i polaritású foltok vannak. Ezeket a napfoltcsoportokat bipoláris csoportoknak nevezik. A Nap forgása során a foltok előbb-utóbb áthaladnak a napkorongot É-D-i irányba kettéosztó vonalon, az ún. centrálmeridiánon. A foltcsoport közül a vezető folt keresztezi először a vonalat, az azt követő ellentétes polaritású napfoltcsoport-tartományt pedig követő foltnak nevezzük.
A foltok megjelenési gyakorisága nem állandó. Néha nagyon sok, néha pedig nagyon kevés található a Napon. A lefedettséget az ún. Wolf-féle relatív számmal adjuk meg, az alábbi képlet szerint:
R = k (10g + f),
ahol f a Napon látható összes folt száma, g pedig a foltcsoportok száma. A k a távcsőre megadott korrekciós tényező.
Ha az R értékeket az idő függvényében vizsgáljuk, megállapítható, hogy a napfoltok gyakorisága jellegzetes ciklicitást mutat, amelynek időtartama nagyjából 11,2 év. Ennyi idő telik el ugyanis két napfoltminimum között. A két minimum közti napfoltmaximumok intenzitása általában 7 ciklusonként megváltozik, létezik tehát egy kb. 80 éves ciklus is.
A napfoltciklus elején a napfoltok a 35-45-ik szélességi körök között jönnek létre, az É-i és D-i féltekén egyaránt. A ciklus végére a foltok az egyenlítő környékére húzódnak le. Sokak véleménye szerint ez abból következik, hogy a Nap, lévén gázból áll, nem a szilárd égitestekre jellemzően forog tengelye körül, hanem tartományainak forgási sebessége különbözik. Az egyenlítő körül gyorsabban forog a Nap, forgási periódusa 26 nap, míg a sarkok közelében ez a szám 34 napra emelkedik. Az eltérő sebességű forgás következtében a mágneses erővonalak mintegy "rátekerednek" a Napra. Ebből adódik többek között az is, hogy egy 11 éves ciklus alatt az É-i félteke vezető foltjainak polaritása eltér a D-i félteke vezető foltjaitól, a következő ciklusban pedig a két félteke vezető foltjainak polaritása fölcserélődik. Így mágneses értelemben beszélhetünk egy 22 éves időtartamú ciklusról is.
A Föld légkörébe a Napból érkező mágneses impulzusok egy-egy napkitörés alkalmával gyakran olyan erősségűek lehetnek, hogy mágneses viharokat okoznak. Ennek egyik következménye pl. a sarki fény jelensége. Mivel a napfoltok a Nap mágneses csomópontjaikként értelmezhetők, egyáltalán nem meglepő, hogy szoros összefüggés van a napfolt-gyakoriság illetve a Földet érő mágneses zavarok között.
Számos időjárási szélsőséget, furcsaságot is tulajdonítottak a napfoltoknak, például a középkorban a kis-jégkorszaknak is ismert lehűlési periódust szintén a napfoltoknak tulajdonították. Az igazság azonban az, hogy a napfoltoknak a földi időjárásra nézve gyakorlatilag semmilyen közvetlen vagy közvetett hatása nincsen.
