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埃文斯牧师的宇宙02（第2页）

从20世纪50年代开始，许多太**理学家致力于耀斑与磁场相互关系的研究。一般认为，磁场必须具备较复杂的磁场结构，磁场结构越复杂，越容易产生耀斑。经常发生耀斑的部位在磁场中性线（即磁场强度为零的地方）两侧，偶尔也在中性线上。美国大熊湖天文台台长齐林是这样解释耀斑发生过程的：磁场沿磁力线下来，与色球层气体相碰撞，使中性线两侧磁力线的足跟部位发光，成为人们所见到的耀斑。总之，耀斑本身是磁场不稳定的结果。正是由于磁场这种非平衡状态，导致了耀斑的爆发，以达到磁场新的平衡，耀斑的爆发过程同时也是大量能量释放的过程。较大的耀斑爆发不但由于氢原子热运动，温度可达几千万度甚至上亿度，并且有很强的x射线、紫外光线以及高能质子放出。这些强烈的辐射光线增加了氢原子的压力，使氢原子、离子及其他微粒以超过1000千米／秒的速度抛出，成为太阳的微粒辐射。

▲地面研究

近年来，国内外天文学家在研究太阳活动区磁流体力学和太阳耀斑方面做了大量工作。从1957年国际地球物理年至今，已经历了四次太阳活动峰年，各国天文学家都非常重视峰年期的太阳观测，力求捕捉完整的耀斑资料进行形态分析和理论研究，进而了解耀斑的本质。第21周的1979～1982年太阳活动峰年期间，国内外都加强了这方面的工作，成立了“太阳活动峰年”国际组织，实行区域性联合观测，频繁地进行国际间交流，硕果累累。

我国天文学家在此期间记录了不少有价值的耀斑爆发。1981年5月13日、16日，紫金山天文台接连观测拍摄到两起奇异的三级双带耀斑。这种耀斑的研究价值很高；它通常伴随着一般耀斑所没有的高能质子事件，强x射线暴以及强烈的射电暴。也就是说，它比一般耀斑的能量更大，更容易观测到它对地球物理影响的特征。北京天文台还记录了5月16日特大耀斑伴随的很强的射电爆发快速变化，揭示了极为丰富的精细结构和爆发的间接性。

云南天文台在第2l周峰年期间发现了20例十分罕见的“无黑子耀斑”。一般来说，耀斑总是出现在以黑子为主体的活动区中，仅有个别耀斑“离群索居”，出现在无黑子区域。云南天文台天文学家的研究表明，尽管无黑子耀斑与一般耀斑大相径庭，但它们都从局部磁场获取能量，因此在物理性质上是一致的。

100多年来，全世界数以百计的天文台总共只记录到40多个白光耀斑，而其中拍摄到光谱的仅3个。1981年9月5日，紫金山天文台拍摄了一个白光耀斑的整套光谱，填补了我国白光耀斑观测的空白。过去认为白光耀斑是最大最亮的耀斑，而这次观测到的白光耀斑却不大，因此给天文学家提出了一个新的问题：小耀斑怎么会发射出连续光谱?

自1985年起，我国有关专家学者就着手为第22周太阳峰年期的科学观测和研究积极作准备。1988年起，开始进行太**理和地球物理方面的联测，到90年代初，已取得了一批珍贵的资料。从现在的趋势看，第22周峰年的活动水平超过第21周几乎已成定局。峰年来得又早又强烈，使各国太阳和日地物理学家紧张得有点手忙脚乱了。

▲空间研究

地面观测受到诸多限制，耀斑的紫外线和X射线等重要辐射都被地球大气屏蔽了。空间探测为耀斑研究开辟了新的窗口。1973年5月美国成功地发射了“太空实验室”，它是一个载人的空间观测站。在9个月的观测中，它的望远镜、宇航员以及在休斯敦地面总部的太**理学家所进行的研究，是迄今对任何天体所作过的研究中组织得最好，配合得最默契的。对1973年6月15日耀斑，从它出现前到闪光和爆发阶段，以至冷却结束，“太空实验室”都做了系统的观测。分析结果表明，耀斑的爆发源是位于日冕中的微小核心，由它发射的高能粒子流沿环形轨道向下运动，一直冲击到太阳表面，耀斑的可见光辐射就是在这个运动过程中产生的，是一种副产品。另外拍摄的耀斑光谱表明，不同谱线增强、达到极大和减弱的时间参差呈现，很有顺序。这些观测事实为美国天文学家斯塔拉克的磁力线再联接产生耀斑的理论，提供了很好的证据。

1980年2月14日，美国发射了一颗主要用于研究太阳耀斑的“太阳峰年使命”卫星。作为太阳峰年国际联测的一部分，地面射电望远镜配合它，提供了比较连续的太阳记时观测记录。在地面科学家的指导下，“太阳峰年使命”卫星对1980年4月30日的日面边缘耀斑拍摄了完整的紫外线和X射线光谱，以及硬X射线单色像。对1980年6月7日耀斑记录到一条能量非常高的γ谱线。

日本于1981年2月21日发射了一颗“火鸟”卫星，它载有上乘的观测仪器，并能不断地旋转，可以拍出X光太阳像以及不同波长的光谱。在入轨后的一年零5个月中，共观测到675个耀斑，其中31个有很强的X射线，最强的一个耀斑出现在1982年6月6日，强度为12级，是有史以来记录到的最强的一次。此外，“火鸟”还观测到许多γ射线的耀斑。

为了深入研究耀斑，第22周太阳峰年期间，一些国家还准备发射一些卫星。日本、美国和苏联联合研制的峰年探测卫星“Solar-A”在1991年下半年发射，俄罗斯准备的as-I和as-F两颗卫星，也分别在1991年和1992年发射。

科学技术的发展，使耀斑的观测和理论日臻完善，但远不能说对耀斑有了完美的认识。世界著名天文学家帕克形象地说过：目前人们所看到的耀斑只是“巨人的一双脚”。为了窥其全貌，天文学家正在不懈地努力着。从历史角度来看，最终揭开耀斑谜底也许不会是太遥远的事情。

太阳黑子之谜

太阳的表面并不是无瑕的，有时也会出现或多或少的黑斑，这就是太阳黑子。

我国对黑子的观测可以说是源远流长。各国学者公认的世界上最早的太阳黑子记录，详细地记载在我国古书《汉书·五行志》里：“汉成帝河平元年三月乙未，日出黄，有黑气大如钱，居日中央。”据专家考证，乙未应为己未。这指的是公元前28年5月10日的一次大黑子。这条记录不仅说明了黑子出现的日期，还描述了黑子的大小、形状和位置。

其实，我国还有更早的黑子记录，公元前140年前后成书的《淮南子·精神训》中有“日中有蹲鸟”的记载，蹲鸟就是黑子，再往前推，甚至可以上溯到3000多年前的殷代，殷墟出土的甲骨文中就不乏太阳黑子的记录。近些年来，我国天文工作者从公元前781年到公元1918年约2700年的历史典籍中，查出数百条有关黑子的记载，它们是极其宝贵的科学遗产。现代太**理学创始人、美国著名天文学家海耳曾高度赞扬说：“中国古人测天的精细和勤勉，十分惊人。远在欧洲人之前约2200年，就有黑子观测，历史记载络绎不绝，而且记录得比较详细和确实，毫无疑问是可以通过考证而得到确认的。”

欧洲人观测太阳黑子开始于意大利天文学家伽利略。1610年，伽利略用望远镜在雾霭中观察太阳，并看到了太阳黑子。与他同时使用望远镜观测太阳黑子的还有德国的赛纳尔、荷兰的法布里修斯和英国的哈里奥特。

从肉眼直接观测到使用望远镜观测，标志着人类对太阳黑子现象的研究逐渐走向科学阶段。伽利略之后，人们对太阳黑子的研究如雨后春笋，蓬勃开展，不但揭示出太阳活动奇妙的规律，而且就太阳活动对人类环境和人类自身的影响，有了越来越多的了解。特别是进入20世纪以来，天文学家对黑子磁场、黑子光谱、黑子物理状态做了大量研究，建立了完整的黑子形成和演化理论。尽管如此，像黑子为什么是黑的?黑子是怎样形成的?这样一些最基本的问题还没有最终搞清楚。近年来的观测更是发现了一系列崭新的现象，它们向太**理学家提出反诘使传统观念受到猛烈冲击，太阳黑子这个古老问题因此更加引人入胜。

▲黑子其实并不黑

黑子看上去的确是黑的，但它实际上并不黑，只是在耀眼的光球衬托下才显得暗淡无光。其实一个大黑子比满月发出的光要多得多，即使太阳整个圆面都布满了黑子，太阳依旧光彩照人，就像它离地平线不高时的情景一样。一般来说，黑子的中心最黑，称为本影，周围淡的部分称为半影，本影的半径约为半影的2／5。一个典型黑子本影的平均温度约410K（683．15℃），比周围的光球低1700K（1973．15℃）左右。为什么黑子的温度较低呢?这个问题困扰了人们很长时间。

20世纪初，海耳首先对黑子磁场进行测量，发现黑子的磁场很强，并且磁场强度与黑子表面积有关。小黑子的磁场强度约1000高斯，而大黑子可达3000~4000高斯，甚至更高。有人把黑子叫做日面上的“磁性岛屿”，由此人们很容易想到，黑子的黑与强磁场之间可能有某种联系。

1941年，比尔曼提出，黑子的变暗是由于强磁场抑制光球深处热量通过对流向上传输的作用造成的。这个解释很直观。后来柯林对此模型又进行了一些修正，认为黑子中还有一些对流，但比背景中的热量传递小得多。观测也证实了黑子中有较弱的对流。

这个理论得到了天文界的普遍承认，然而随着观测和研究的深入，比尔曼理论的破绽开始暴露出来了。按照他的说法，在黑子下面，对流被磁场抑制了，那么对流所输送的能量到哪里去了?

为此，美国天文学家帕克提出了一个崭新的论点。在磁场引起低温这一点上他和比尔曼是一致的。但他认为，磁场并没有抑制，而是大大促进了能量的传输。黑子的强磁场把绝大部分热量变换为磁流体波，磁流体波沿磁场传播，并带走了一部分能量，从而使黑子内部温度变低，同时也解释了没有多余能量积累的问题。新理论比旧理论更加合理，但它还不是终极理论。

▲黑子方队

太阳黑子大多喜欢成群结队。复杂的黑子群由几十个黑子组成，而大多数黑子群是由两个主要黑子组成，沿着太阳自转方向，位于西边的黑子叫做“前导黑子”，位于东边的黑子叫做“后随黑子”，大黑子周围还有许多小黑子。极性相同的一群黑子称为单级群，极性相反的一群黑子称为双极群。黑子群中极性分布不规则的称为复杂群。

翻开天文书的“太阳”那一章，可以看到如下对太阳黑子周期的最简单描述：太阳面上的黑子有时多，有时少，呈现出有规律的周期性变化，平均周期约11．1年。作为最基本的情况，这当然是没有问题的。

可是，你可知道，黑子数从一次极大到下一次极大的时间间隔，最短的只有7．3年（1829~1837年），而最长的曾达到17．1年（1788~1805年），跟平均周期各相差约50％，偏差可以说是相当大的。其实，关于黑子周期的问题，还远不止如此。