1601年10月，天文观测界的一代宗师、丹麦天文学家第谷与世长辞。在弥留之际，他把平生积累下来的所有宝贵观测资料都馈赠给了他的学生，一个30岁的德国天文学家开普勒。开普勒幼年时患过小儿麻痹症，双眼视力不济，但他克服了种种困难，在天文观测方面仍做出了许多重大贡献。他于1604年发现了著名的蛇夫座超新星（现称开普勒新星），也观测过1607大彗星（后来证实，即是哈雷彗星）。他还深入研究了光学，在伽利略望远镜的基础上发明了“开普勒式望远镜”。当然他的最伟大贡献还在于发现了行星运动的开普勒三定律。
然而金无足赤，开普勒也有轻率失误时。1607年5月18日，他正在观测太阳，突然发现太阳圆面上有个小黑点。可惜的是，开普勒当时没有“跟踪追击”，而漫不经心地认为这是金星凌日。当时人们还不会计算，其实金星的凌日要到1631年才出现。为什么开普勒会这样大意？这完全是因为传统观念的束缚。因为当时人们的头脑中，太阳是天上的火球，是最完美的球，完美的东西是不应当有缺陷的。
在开普勒时代，教廷拥有至高无上的权力。他们竭力宣扬，太阳是上帝创造的，万能的主不会造一个有瑕疵的天体。因此太阳、月亮都是最光滑、最标准、最完美的球体，任何怀疑都被视为亵渎神灵的异端邪说。
甚至在伽利略已经发现并证实了黑子确实存在于太阳表面后，多数人还是不敢相信眼睛看到的事实。当时有个名叫席奈尔的天主教士，他也用望远镜观测太阳，也发现了那些黑点。席奈尔惶惶不安，但不管他如何调节仪器，也不论他如何揉拭眼睛，都无法使这些黑点消隐。万般无奈，他只能跑去求助于他的主教。听着席奈尔气喘吁吁的叙述，主教早已不耐烦起来，他打断席奈尔的话说道：“去吧，孩子，放心好了，这一定是你那该死的玻璃出了毛病；不然是你太累了，眼睛上有缺陷，才使你错误地把它当成了太阳上的黑斑。”
《汉书》上的黑子记载为世界最早的黑子记录，与此相对照的是，我国很早就有了太阳黑子的记录。在春秋早期的《周易》中就有“日中见斗”及“日中见沫”等记载。现在世界公认最早的黑子记录也在我国：《汉书·五行志》中就记载了河平元年（公元前28年）三月乙未（应为已未之误，相当于5月10日），日出黄，有黑气，大如钱，居日中央。从汉代到明朝，至少有100多次关于太阳黑子的确切记录。在公元三四世纪的晋代，我国已开始正式采用“黑子”这个名词了。
日冕
现在知道，太阳表面上不仅有黑子，还有许多奇特的东西，如米粒、超米粒、光斑……
黑子在日面上呈暗黑色，“米粒”则比日面更亮一些，它的温度平均比日面高300多摄氏度。因为它是从太阳内部升上来的“气流”，所以在激烈地变化着，每颗“米粒”的寿命不过几分钟。千万别误解了，把“米粒”看做小东西，实际上，太阳上的“米粒”大得非凡，平均长1000千米左右，而两米粒间的距离约1500千米。日面上的“米粒”约有250万颗，总面积可占太阳表面的40％左右。
日环食
美国航空航天局不久前公布了一张日冕环景象的照片。这一壮观景象是因太阳磁场增强并穿过光球层和色球层，影响到日冕层产生的。增强后的磁场控制日冕层的离子流并呈现拱形或环形的管状形态。日冕环形态多样，大多数体积巨大，其跨度往往超过数个地球。
在平日所见的日面（称为“光球”）的上空（“色球”），还有许多奇异的景象（可惜由于光球太亮，凭肉眼无法观察色球现象，除非用特殊的仪器——太阳单色仪）。其中最惊心动魄的就是日珥，它们就像一串串腾空而起的巨大的“火龙”。日珥的温度通常比光球还高，在5千度~8千度间。形状则千奇百怪，而且变化很快，有的美如拱桥，有的乱似草莽，有的像节日的焰火，有的如公园的喷泉。它们常常可以上升到几十万千米的高度，个别的可上升到100万千米以上。天文学家在1938年观测到一个最大的日珥，竟在顷刻间上升到157万千米处，这个距离是地球到月亮距离的4倍多。上升的速度可达每秒几百千米。
色球的上空则是日冕。日冕平时完全看不见，只有日食时才偶露“芳容”。因为它的亮度只有太阳光球的百万分之一，相当于萤火虫与探照灯之比。但日冕却有着令人瞠目结舌的高温，根据各种方法测定，日冕内的温度高达1~2百万度。因此日冕中的物质多处于高度电离的状态，原子中的电子都挣脱了原子核的束缚，在空间做高速运动，因此原子核成了带正电的离子。当然应当说明的是，由于物质太稀，这百万度高温实质上对人是毫无伤害的，它只是使电子运动加速到很大速度而已。这在科学上称之为“运动温度”，而我们日常生活中的温度称为“有效温度”。当密度很大时，二者相差不大。但物质很稀薄时，则完全是两种不同的效果了。
太阳外部结构
在色球——日冕过渡层区域中，有时还能突然见到迅速扩展的大块亮斑，这是太阳表面上的爆发现象——耀斑。耀斑出现的时间内（102秒~103秒），它足以释放出1026焦耳能量，即一个小小的亮斑可与整个太阳1秒钟的能量相当。不过绝大多数耀斑要用单色仪观测才可见到，只有那些特别大的爆发（白光耀斑）才可用普通望远镜见到。这种耀斑出现较少，从1859年首次发现以来，至今只有30多次记录。耀斑出现与上面讲的黑子相同，有11年的周年规律。太阳上产生耀斑之后，1~2天后即会波及地球，引起大规模的极光、磁暴（地磁的剧变）及短波通讯中断等一系列地球物理现象。
