北派小说网

第四章太阳（第1页）

第四章太阳

黑子

在各种日面活动现象中，太阳黑子是最基本的，也是最容易发现的。明亮的太阳光球表面，经常出现一些小黑点，这就是太阳黑子。我国的古书中有很多关于太阳黑子的记载。汉初《淮南子·精神训》中记有“日中有蹲乌”，意思是太阳上面有一只三只脚的乌，这三足乌指的就是黑子。

《汉书·五行志》中对黑子的记载更明确了：“日出黄，有黑气，大如钱，居日中。”这是得到公认的世界上最早的黑子记录。在西方，著名的德国天文学家开普勒（157l～1630年）在1607年时看见了黑子，但他不敢相信太阳上还会有暗黑的斑点而误认为是水星凌日了。1611年，意大利物理学家、天文学家伽利略（1564～1642年）使用望远镜才确认了太阳黑子的存在。

黑子的大小相差很悬殊，大的直径可达20万千米，比地球的直径还要大得多，小的直径只有1000千米。较大的黑子经常是成对出现，并且周围还常常伴有一群小黑子。黑子的寿命也很不相同，最短的小黑子寿命只有两三个小时，最长的大黑子寿命大约有几十天。黑子的数目有时多，有时少。黑子大量出现的期间，叫太阳活动峰年。黑子很少的期间，为太阳活动谷年。两个峰年之间的周期平均为11年。

太阳黑子看上去是黑的，实际上并不真是黑的，它们也是炽热明亮的气体，温度大约4800摄氏度，但比光球温度6000摄氏度要低多了，所以显得暗黑了。

太阳黑子究竟是怎么回事?它们为什么比光球冷?11年的周期又是如何产生的?有关太阳黑子的奥秘还远未揭开。

日珥

天文学家形容太阳色球层像是“燃烧着的草原”，或说它是“火的海洋”，那上面许许多多细小的火舌在不停地跳动着，不时还有一束束火柱蹿起来很高，这些蹿得很高的火柱就叫做“日珥”。

日珥绰约多姿，变化万千，有的像浮云，有的像喷泉，有的像篱笆，还有的似圆环、彩虹、拱桥，等等，是一种十分美丽壮观的太阳活动现象。遗憾的是，日珥比光球暗得多，只有在日全食时或者使用色球望远镜才能看到。，

日珥的大小也不一样，一般高约几万千米，大大超过了色球层的厚度，因此，日珥主要存在于日冕层当中。通过对日珥光谱的分析和研究，已经知道它们的温度接近1万摄氏度。日珥分为宁静的、活动的以及爆发的三大类。宁静日珥可以形状丝毫不变地在日冕中存在数月之久，这简直令人不可思议。日冕的温度高达一二百万摄氏度，是什么原因使得日珥能在如此高温状态下长期存在呢?爆发的日珥以每秒700多千米的速度喷发到日冕中去，如此高速，动力又是从哪儿来的呢?日珥这些令人惊异的性质，给天文学家提出了一系列有趣而又艰深的研究课题c

耀斑

耀斑是太阳上最强烈，也是对地球影响最大的活动现象。1859年9月1日，有两位英国天文学家在观测太阳时，看到一大片新月形的明亮闪光以每秒100多千米的速度掠过黑子群，然后很快消失了。不久以后，电讯中断，地磁台记录到强烈的磁暴。这就是人类第一次观测到的太阳耀斑现象。

耀斑的最大特点是来势猛，能量大。在短短一二十分钟内释放出的能量相当于地球上十万至百万次强火山爆发的能量总和。耀斑产生在日冕的低层。耀斑和黑子有着密切的关系，在大的黑子群上面。很容易出现耀斑。

耀斑对地球有巨大影响，它对地球上的电讯有强烈的干扰，也对正在太空遨游的宇航员构成致命的威胁。因此，耀斑受到了天文学家特殊的重视，成为当代太阳研究的主要课题之一，以上我们给大家介绍了黑子、日珥和耀斑这几种太阳的主要活动现象，除此之外，太阳的光球上还有密密麻麻的米粒组织和经常出现在日面边缘的光斑，色球上还有与光斑相对应的谱斑，日冕中还有暗黑的冕洞，等等。太阳表面的这些活动现象形式不同，特点各异，但是它们有一个重要的相同之处，那就是共同遵守一个11年一周期的涨落规律，在太阳活动峰年，各种活动现象十分激烈，到谷年，它们都比较平静。

太阳活动11年的变化周期，是300多年以前由德国的药剂师施瓦布发现的。施瓦布是一位十分勤奋的天文爱好者，他通过对太阳黑子的长期观测发现了这一变化规律。然而这11年的周期又是怎么形成的呢?目前这也是一个未解之谜。

太阳振**

太阳表面丰富多彩的活动现象已经令我们眼花缭乱，然而20世纪60年代初，天文学中的一项重大发现更令我们惊讶不已。1960年，美国天文学家莱顿将最新研制成的强力分光仪对准太阳表面上一个个小区域，准备测定它沸腾表面运动的情况。结果他意外地发现了一件令人十分惊异的现象：太阳就像一颗巨大的跳动着的心脏，一张一缩地在脉动，大约每隔5分钟起伏振**一次。这次莱顿发现的太阳上下振**：和以前发现的太阳黑子、日珥等各种太阳运动现象都不同，它不仅具有周期性，而且整个日面无处不在振**。

1．“多普勒效应”的功劳

太阳距离我们十分遥远，即使通过口径最大的光学望远镜，我们也根本无法看到它表面的上下起伏。那么，莱顿又是怎样发现太阳表面的这种振**呢?说起来这还要归功于著名的“多普勒效应”。

大家都知道，当一个声音在接近或远离我们的时候，就会发生“多普勒效应”。当它接近我们时，我们接收到的频率升高了，当它离开我们时，我们接收到的频率降低了。与声波一样，光也是一种波，自然也有“多普勒效应”。当光波朝向或远离观测者时，光的频率也要发生变化。在由红橙黄绿青蓝紫七色光组成的太阳连续光谱上，紫色光的频率最高，红色光的频率最低。这个彩色的连续光谱上面还有许多稀疏不匀、深浅不一的暗线，是太阳外层中的一些元素吸收了下面更热的气体所发出的辐射而形成的，叫做吸收线。在观察太阳光谱的时候，如果我们一直紧紧盯住连续光谱上的一条吸收线，那么当太阳表面的气体向上运动时，也就是朝我们“奔驰”而来的时候，吸收线就会往光谱的高端即紫端移动，简称紫移；反之，当气体向下移动时，吸收线就会往光谱的低端即红端移动，简称红移。如果吸收线一会儿紫移，一会儿红移，不断地交替交换，那么太阳的表面气体就在上下振**。

说来简单，实际观察起来困难重重。因为太阳离我们很远，而且它振**的幅度和速度都不大，所以光谱线的位移量也很小，大约只有波长的百万分之几。可想而知，这样微乎其微的变化，发现它是多么不容易。莱顿使用非常精密的强力分光仪拍下一张张太阳光谱照片，然后利用“多普勒效应”的原理，通过计算机进行反复的分析，最后才发现了太阳表面周期振**的重要现象。

2．接踵而至的新发现太阳

5分钟振**周期从根本上改变了人们对太阳运动状态的认识，世界各国的天文学家对这个问题都十分重视，许多天文学家纷纷采用各种不同方法对太阳进行观测。他们不仅证实了太阳表面5分钟的振**周期，而且接连地又发现了其他好几种周期的振**。有人得到周期为52分钟的太阳振**，有人得到周期为7～8分钟的太阳振**。最引人注意的是苏联天文学家谢维内尔和法国天文学家布鲁克斯等得到的周期为160分钟的长周期振**。

谢维内尔观测小组在克里米亚天体物理台首先观测到这种长周期振**。1974年，他们把由光电调节器和光电光谱仪组成的太阳磁象仪安装在太阳塔的后面，利用它来观测连接太阳极区的窄条的光线以避开太阳赤道部分的视运动。来自太阳中心的光线发生偏振，而来自太阳边缘的光线没有偏振，这两部分光线分别照在两个光电倍增管上，这两个光电倍增管的输出就表示中心光线是否相对于边缘发生了多普勒位移。谢维内尔小组利用这种方法在1974年秋季观测到太阳160分钟的振**周期。

1974年秋天，布鲁克斯在日中峰天文台，利用共振散射方法测定太阳吸收线的多普勒位移的绝对值，进行了十多天的观测，也观测到了太阳160分钟的振**周期。

太阳160分钟振**周期被观测到以后，许多天文学家对它表示怀疑。有人认为这种振**可能是一种仪器效应，也可能是地球大气周期性变化的反映。后来，美国斯坦福大学的一个天文小组用磁象仪观测到了太阳的160分钟振**周期。一个法国天文小组在南极进行了128个小时的连续观测，同样观测到了160分钟太阳振**周期。南极夏季每天24小时都能看到太阳，不存在大气的周日活动问题。另外还有两个相距几千千米的天文台同时进行观测，也都观测到太阳的这种长周期振**。这两个台相距遥远，在长时间观测中大气的影响可以相互抵消了。太阳长周期振**的现象终于得到了证实，疑问才被打消。

太阳表面到处振**不停，不仅有升有落，而且有快有慢，这是一幅多么蔚为壮观的景象

3．太阳振**是怎样产生的

太阳振**是怎样产生的?这是科学家们最关心的事情。

目前，科学家们已经认识到，太阳振**虽然发生在太阳表面，但其根源一定是在太阳内部。使太阳内部产生振**的因素可能有三个，即气体压力、重力和磁力。由它们造成的波动分别称为“声波”、“重力波”和“磁流体力学波”，这三种波动还可以两两结合，甚至还可以三者合并在一起。就是这些错综复杂的波动，导致了太阳表面气势宏伟的振**现象。人们认为，太阳5分钟振**周期可能是太阳对流层产生的一种声波，而160分钟的振**周期则可能是由日心引起的重力波。但是，这些解释究竟正确与否，目前还不能完全肯定。

声波是一种比较简单的压力波，它可以通过任何介质传播。太阳的声波是与地球内部的地震波有些相似的连续波，它们传播的速度和方向依赖于太阳内部的温度、化学成分、密度和运动。像地球物理学家通过研究地震波去查明地球内部的构造模式类似，天文学家正利用他们所观测到的太阳的振**现象，去窥探太阳内部的奥秘。