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世界科技全景百卷书: 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。现代太阳物理学创始人、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，天文学家对黑于磁场、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，它们向太阳物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，比周围的光球低1700K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。 本世纪初，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，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，同时又没有多余能量如何积累的问题。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。极性相同的一对或一群黑子称为单级群，极性相反的一对或一群黑子称为双极群。黑于群中极性分布不规则的称为复杂群。 通过长期观测，19世纪40年代，施瓦布发现太阳黑子数目表现出一种周期性的变化，变化周期大约是10～11年。后来斯玻勒又进一步发现黑于在日面上随时间变化的纬度分布具有一定的规律性。一般说来，一个周期的黑子刚出现时，都在日面纬度30°附近。在黑子较多的时候，则在纬度 15°左右。周期结束时，黑子多半在低纬度地区出现和消失。上一个周期的黑子还没最后消失，下一个周期的黑子又在纬度30°附近出现了。另外，几乎所有的黑子都出现在纬度8°～45°之间，极少有超过这个范围的。如果以黑子群的日面纬度平均值作纵坐标，时间为横坐标，绘出的黑子群日面纬度分布图，就像一群排列整齐的蝴蝶。 另外，人们还发现在黑子存在期间，它的磁场强度是随时间变化的。黑子刚出现时，磁场强度迅速上升到极大值，然后稳定一段时间，随着黑子的瓦解和消失，磁场强度呈线性衰减。黑子群中成对的那两个大黑子具有相反的极性。下一个活动周期中，如果太阳北半球上黑子对中的前导黑子的极性是“北”，那么后随黑子就是“南”，太阳南半球正与此相反。而到了下一个太阳周，两半球黑子对的极性将颠倒过来，在下一个活动周期中颠倒回去。根据黑子磁场的极性变化，海耳等人在1919年指出，太阳黑子和太阳活动的真正周期是22年。如何解释上面这些现象和规律，天文学家建立了不少黑子模型，1961年，巴布科克提出的模型受到人们的普遍重视。 巴布科克认为，冻结在太阳等离子中的磁场，只存在于太阳表面下较浅的层次中，磁力线被太阳自转所带动。由于较差自转（太阳不同纬度处的自转周期不同。赤道转得最快，越往两极越慢），使原来位于子午面上的磁力线缠绕起来。太阳内部和表面自转速率不同也会使磁场强度增大，光球下面的对流运动会使加强了的磁通量管扭结成绳子的形状，从而增大了磁力线密度。小尺度湍流使磁绳中出现扭结，致使小区域中的场强变得更大。当场强增大时，磁浮力也增大，磁场上浮涌出表面，形成双极黑子。黑子首先出现于纬度±30°附近的区域，是因为该处磁场的切变率最大。由于太阳内部自转得比表面快些，低纬处的场强增大而高纬处的场强下降，所以发生黑子的区域就移向赤道。这个模型既可说明蝴蝶图、黑子极性的分布、前导黑子的纬度比后随黑子的稍低等事实，又能解释22年周期中极性的反转现象。 一些天文学家认为，这个模型对于解释太阳磁场的所有较新的观测过于简单了，需要加以改进和发展。但另一些人则认为这个模型是不恰当的，太阳的磁场系统并不局限于表面的薄层中，而穿透得比太阳的对流层还深些。到底实际情形怎样，需要由观测来判断。日震学研究 为了提炼和修改太阳黑子的形成和演化的理论模式，太阳物理学家必须更多地了解太阳内部的结构和行为。太阳内部究竟是什么样子，我们既看不见，也摸不着。后来人们发现通过对太阳表面脉动的研究，可以推测出太阳内部的情况。这就好像研究地震波能够推测出地层深处的秘密一样。 本世纪60年代，美国天文学家莱顿等人，利用物理学上的多普勒故应，发现太阳大气的上下振动很有规律，其振动的周期是296±3秒，这就是著名的太阳“5分钟振荡”现象。进一步的观测还表明，气体物质上下起伏的总幅度达数十公里，而在水平方向上，大致在0.1～50万公里范围内的气体物质都联成一片，同起同落。并且在任何时刻，日面上都有2／3左右的区域在做这种振荡。 太阳5分钟振荡的发现引起了全世界天文学家的瞩目。相继的大量观测结果表明，太阳像一颗巨大的心脏，正在一缩一张地运动。70年代中，人们开始寻找低频率的太阳振动。1976年，前苏联天文学家发现了太阳的160分钟振荡。许多科学家认为，太阳内部产生振荡的因素可能有三种，即气体压力、重力和磁力。相应的波动则为驻声波、重力波和阿尔文波。有趣的是，这三种波动有时可以两两结合起来，成为磁声波、声重力波和磁重力波。甚至可以三者统统混合起来，形成所谓的“磁声重力波”。所有这些波动叠合在一起，就会产生太阳表面振荡的一幅幅错综复杂的图像。 太阳振荡是近年来太阳物理学中最为重大的发现之一，为天文学家开拓出一条通往太阳迷宫深处的新途径。尽管日震学尚处于不成熟阶段，但这一新的学科已经导致了一些重要的发现，成为当代太阳物理学的前沿之一。 前不久，披露太阳内部奥秘的震波图样展示，尽管太阳外层的自转在赤道比在极区快，然而太阳内部的自转却是均匀的，这样就产生了一种剪切力，仿佛剪刀的两个刀刃相互移过一样。有人猜测这种效应会影响磁场，驱动太阳周期。但一些人对此持不同的意见。这一问题的正确答案还要靠日震学的进一步发展。 天文学家期待着日震学能够裁决这样一个新思想：黑子和耀斑可能是由对流所驱动的热物质的圆柱形的流动所引起的。相邻的圆柱，以相反的方向在40万公里深的太阳对流区内旋转，逐渐向赤道移动。一个设想是，像老式洗衣机中的旋轴一样，圆柱挤压磁场，在这一过程中有效地产生黑子。 为连续进行日震学观测，美国自然科学基金会计划拨款给全球振荡网研究所，把环绕世界的6个日震站联系起来。这样一来，就可以整日不间断地进行日震观测了，全面的工作可望从1993年开始。另外，美国宇航局和欧洲空间局计划在90年代太阳活动峰年期间发射的人造卫星，也将投入太阳振荡的测量和研究。 黑洞之谜 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。 黑子是太阳活动的基本标志之一，黑子活动的强弱，或者说黑子的多少，是以一般所说的“相对数”来表示的。 黑子周期性增减的证据，是从长期观测中得到的，最先得出这个结论的，是德国的一位天文爱好者、药剂师施瓦布。中心奇点 黑洞的表面是一个奇妙的视界，那么黑洞的内部又是怎样的情况呢？ 由于黑洞中心的引力无穷大，因此黑洞视界内的物体不能保持静止，也不可能像地球绕太阳旋转一样以稳定的轨道绕黑洞中心转动。任何物体一旦进入黑洞的视界，都必将以光速向黑洞中心坠落。由于黑洞内部的引力异常强大，它的起潮力也异常强大。任何进入黑洞视界的物质，都会被无比强大的起潮力扯得粉碎，从而完全丧失它原来所具有的各种物质属性。这些被粉碎的物质彼此极为紧密地挤压在一起，成为一个密度无限大而体积为零的点。人们称这一点为中心奇点。在奇点四周，黑洞视界以内的其他地方则都是空空荡荡、一无所有。对于外界观测者来说，黑洞是一个统一的整体，它只有质量、电荷和角动量这三个基本物理量。 这就是根据广义相对论得到的黑洞形象：一个由封闭球面所围成的暗黑而空虚的空间，它中心的一点密度为无穷大。黑洞候选者 黑洞问题使科学家们兴趣盎然，然而，宇宙空间中真实的黑洞究竟在哪里呢？时至今日，寻找黑洞的工作也进行了二三十年，黑洞究竟找到了没有呢？ 由于黑洞是根本看不见的，所以搜寻黑洞的工作显得极其困难。要寻找它，只能从它对外界的作用下手。黑洞——一个神奇的世界 经过二三十年比较广泛深入的观测和研究，目前，在科学家的心目中，黑洞到底是一种什么样的天体呢？ 黑洞是一种极为奇特的天体，它既不像恒星，更不像行星，严格来讲它并不是星，而只是宇宙空间的一个区域。这个区域的表面是一个封闭的球面，人们称之为视界。黑洞的视界是一个比魔术师手中的魔杖还奇妙的东西。它将黑洞的内部与外部空间完全隔离开来，外来的辐射和物质可以进入视界之内，而视界的任何物质都不能跑到视界之外。 黑洞的视界还有一个很有趣的性质。由于黑洞的强引力作用，牛顿引力定理在黑洞附近的空间早已不适用，而根据广义相对论，强引力场使黑洞附近的时间变慢，并且离视界越近，时间变得越慢。如果把一个时钟放在黑洞的视界上，时钟就会停顿。时间是一种频率的周期性过程，与时间一样，其他频率的周期性过程在黑洞附近也会发生频率变慢的问题。频率变慢即波长变长。因此，天体越靠近黑洞，它的光谱红移就越大。 黑洞附近的强引力场不仅使时间变慢，也使得经过它附近的光线发生严重弯曲。而且引力场越强的地方，光线弯曲的程度也越厉害。 起初，天文学家们希望，黑洞恰巧是双星系统中的一个成员，在它围绕着双星系统中另一颗星旋转时，就能将它察觉和找出来。他们在这方面也确实做了大量的观测和搜寻工作。轰动一时的黑洞候选者——御夫座ε星的伴星就是通过这样的观测之后提出来的。 御夫座ε星是交食变星，也是分光双星。它的主星是一颗明亮的超巨星，肉眼即可看见。当它的伴星通过主星前面把很亮的主星挡住时，整个双星系统就变得非常暗。而在非交食期间，伴星又完全看不见。这颗看不见的伴星是一个黑洞吗？只能说有这种可能，因为目前的观测资料还不能排除其他可能性。 空间探测技术的发展为黑洞的搜寻工作又开辟了一条新的、有效的途径。黑洞的强引力场使周围带电物质以巨大的速度沿螺旋形曲线绕黑洞旋转，并逐渐向黑洞坠落。在这个过程中，这些带电物质就会发射出很强的X射线，形成空间中的X射线源。因此，对宇宙太空中的X射线源的观测，很可能会帮助人们找到黑洞。但是X射线不能穿透地球大气层到达地球表面，所以需要用火箭、气球或者卫星到大气层以外去观测。 天文学家通过大量大气外观测工作，发现太空中有许多发出X射线的天体——X射线源。这些X射线源中有一些是双星的一个成员，而这些包含在双星中的X射线源有可能就是黑洞。 在已发现的众多的X射线双星中，已经被证实它们的X射线大多数是由中子星发出的，并不是黑洞。只有天鹅座X—1被天文学家公认为是目前最有希望的黑洞候选者。 天鹅座X—1的主星是一颗蓝超巨星，视星等为9等，用一架小型天文望远镜即可看见。天文学家通过对它的观测和分析，发现有大量的气体物质正源源不断地从这颗蓝超巨星流向它那个光学望远镜看不见的X射线伴星。而且天文学家还计算出这颗伴星的质量远远超过了中子星的质量极限，因此它很可能就是黑洞。然而，科学家们目前也还不能排除它不是黑洞的可能性。所以，时至如今，天鹅座X—1也还只能是一个黑洞的最佳侯选者。难解之谜 经过科学家们几十年的努力，黑洞的理论研究工作有了很大的进展，黑洞的实际搜寻工作也硕果累累。然而，围绕着黑洞问题至今仍有许多谜还未解开。 首先，黑洞这种天体在现实世界中是否确实存在，目前还有疑问。尽管由于广义相对论是当今最好的引力理论，并且它已经经受了许多实验和观测的考验，因而人们相信它所预言的黑洞是存在的。但是，由于黑洞理论中还有未解决的难题，黑洞的搜寻也还缺少十足的证据。因此，科学家们对黑洞的存在目前并没有百分之百的把握。 其次，黑洞理论中尚有一些目前无法解决的难题，例如黑洞的中心奇点问题。黑洞的中心奇点状态是根据广义相对论得出来的，显然这种状态是不可能存在的。然而，黑洞中心不是奇点状态又应该是怎样的一种状态呢？黑洞中心奇点问题的提出，说明在黑洞中心附近极为特殊的物理条件下，广义相对论理论可能已经不再适用，需要有新的正确的理论来取而代之。当然，这并非易事，它吸引着许多科学家跃跃欲试。 随着时间的推移，黑洞之谜必将逐步彻底揭开。同时，黑洞问题的解决也必将会给人类对自然界的认识带来新的飞跃。 白洞之谜 白洞与黑洞一样，也是根据广义相对论所预言的一种天体，它的存在至今也没有得到实际观测的证实。 黑洞的概念，早在200年前就由著名数学家拉普拉斯首次提出了，1939年，又由美国科学家奥本海默等人根据广义相对论作了进一步的阐述。而白洞概念的提出则仅仅是近二三十年的事。 20世纪60年代以来，由于空间探测技术在天文观测中的广泛应用，人们陆陆续续发现了许多高能天体物理现象，例如宇宙X射线爆发、宇宙γ射线爆发、超新星爆发、星系核的活动和爆发以及类星体、脉冲星，等等。 这些高能天体物理现象用人们已知的物理学规律已经无法解释。就拿类星体来说吧，类星体的体积与一般恒星相当，而它的亮度却比普通星系还亮。类星体这种个头小、亮度大的独特性质，是人们从未见到过的，这就使科学家们想到类星体很可能是一种与人们已知的任何天体都迥然不同的天体。 如何解释类星体现象呢？科学家们提出了各种各样的理论模型。前苏联的诺维柯夫和以色列的尼也曼提出的白洞模型，引起了大家的注意。白洞概念就这样问世了。宇宙中的喷射源 白洞是怎样一种天体呢？ 黑洞有一个称为视界的边界，无论是光还是其他任何物质，都只能进入它的视界，而不能从它那里跑出来。这是黑洞最基本的特性。 白洞的特性则与黑洞截然相反。 根据广义相对论，白洞也有一个类似于黑洞的封闭的边界，然而与黑洞不同的是，白洞内部的物质和各种辐射只能经边界向外运动，外界的物质和辐射却不能通过其边界进入它的内部。也就是说，白洞可以向外界提供物质和能量，却不能吸收外部的任何物质和辐射。说得形象一点，它就好像是一个源源不断向外喷射物质和能量的源泉。因此，天文学家们又把白洞称之为 “宇宙中的喷射源”。白洞与高能天体 既然白洞概念是在解释高能天体物理现象时提出来的，那么白洞与高能天体究竞存在什么联系呢？ 白洞是一个物质只出不进的天体，但是，对于外部区域来说，白洞也是一个强引力源。它能把周围的尘埃、气体和各种辐射不断地吸引到它的边界上来，只不过这些物质并不能进入白洞的内部，只能在边界外形成一个包围白洞的物质层。 白洞内部，中心奇点附近所聚集的物质是一种超高密态的物质，其中包含各种基本粒子，甚至引力子，并且还聚集着极其巨大的能量。起初，这些物质是处于某种平衡状态，但它们具有向外膨胀的趋势。当由于某种原因引起膨胀时，物质密度就会在膨胀过程中不断降低。降低到某一程度，就会引起粒子的衰变过程，从而将各种高能粒子、光子、中微子等发射出来。 从白洞内部发射出来的物质都具有很高的速度，而被白洞吸引到其边界上的物质也具有很高的速度。不难想象，这进进出出，又都是高速度，它们在白洞边界上的碰撞该有多么猛烈。随着猛烈的碰撞，必然就会有异常巨大的能量释放出来。 假若类星体或活动星系核的中心有大质量白洞存在的话，那么，它们所释放的巨大能量就可以看成是白洞向外喷射物与其边界上吸积物相互作用的结果。这也就是白洞对高能天体物理现象能源之谜的解释。白洞形成之谜 关于白洞是怎样形成的，目前科学家们持有两种不同的见解。 一种得到多数天文学家赞同的观点认为，当宇宙诞生的那一时刻，即当宇宙由原初极高密度、极高温度状态开始大爆炸时，由于爆炸的不完全和不均匀，可能会遗留下一些超高密度的物质暂时尚未爆炸，而是要再等待一定的时间以后才开始膨胀和爆炸，这些遗留下来的致密物质即成为新的局部膨胀的核心，也就是白洞。 有些致密物质核心的爆炸时间已经延迟了大约100亿年或200亿年 （这要看宇宙的年龄是100亿年还是200亿年，而宇宙年龄目前也是一个未解之谜）。它们的爆炸，就导致了我们今天所观测到的宇宙中各种高能天体物理现象。为此，白洞又有“延迟核”之称。按照延迟核理论，100亿或200亿年之前，我们的宇宙就是一个巨大的白洞。 除了延迟核理论之外，另一种观点认为，白洞可直接由黑洞转变过来，白洞中的超高密度物质是由引力坍缩形成黑洞时获得的。 传统的黑洞理论认为，黑洞只有绝对的吸引而不向外界发射任何物质和辐射。70年代，有一位卓越的英国天体物理学家霍金，根据广义相对论和量子力学理论，对黑洞作了进一步的研究，并对传统的黑洞理论作了重大的修正。霍金对黑洞的见解轰动了科学界，他因此获得了 1978年的爱因斯坦奖金。 霍金认为，黑洞具有一定的温度，会以类似于热辐射的方式稳定地向外发射各种粒子，这就是所谓的“自发蒸发”。黑洞的蒸发速度与黑洞的质量有关，质量越大的黑洞，温度越低，蒸发得越慢；反之，质量越小的黑洞， 66温度越高，蒸发得越快。譬如，质量与太阳相当的一个黑洞，约需10（100 -23亿亿亿亿亿亿亿亿）年才能够完全蒸发完，而一些原生小黑洞，却能在10秒 （一秒的一千万亿亿分之一）之内蒸发得一干二净。 黑洞的蒸发使黑洞的质量减小，从而使黑洞的温度升高，这样又促使自发蒸发进一步加剧。这种过程继续下去，黑洞的蒸发便会越演越烈，最后以一种“反坍缩”式的猛烈爆发而告终。这个过程正好就是不断向外喷射物质的白洞了。 目前，这种白洞是由黑洞直接转变过来的观点，也越来越引起各国科学家们的关注。 由于白洞概念提出之后，用它可以解释一些高能天体物理现象，所以引起了不少天文学家对白洞的兴趣，继而他们也对白洞问题作了一些探讨和研究。 尽管如此，科学家们对白洞的兴趣还远远比不上像对黑洞的兴趣那样浓，对白洞的研究工作也远远比不上像对黑洞的研究那样广泛和深入 ，并且在观测证认工作方面，也不像黑洞那样取得了很大的进展。 总而言之，白洞学说目前还只是一种科学假说，宇宙中是否真的存在白洞这种天体？白洞是怎样形成的？我们的宇宙在它诞生之前是否就是一个白洞？等等，有关白洞的这一系列问题，还都是等待人们去揭开的宇宙之谜。扣开太阳之门 太阳能量探源 太阳，光焰夺目，温暖着人间。从古到今，太阳都以它巨大的光和热哺育着地球，从不间断。地球上的一切能量几乎都是直接或间接来源于太阳。例如，生物的生长，气候的变化，江河湖海的出现，煤和石油的形成……，哪一样也离不开太阳。可以说，没有太阳，就没有地球，也就没有人类。 太阳发出的总能量是大得惊人的。有人测量了地面上单位时间内来自太阳的能量。据测量，一个平方厘米的面积，在垂直于太阳光线的情况下，每一分钟接收到的太阳能量大约是1.96卡。换句话说，如果放上一立方厘米的水，让太阳光垂直照射，那么每过一分钟水的温度会升高1.96度，也就是接近两度。这个每平方厘米每分钟1.96卡，就叫作“太阳常数”。 有了这个准确的“太阳常数”，我们就可以计算太阳发出的总能量了。我们知道，地球同太阳的距离大约是一亿五千万公里。1.96卡这个数是在离太阳一亿五千万公里外的地球上测到的。所以，只要把1.96卡乘上以一亿五千万公里为半径的球的面积，就可以得出太阳发出的全部能量。这个数值是每分钟发出五千五百亿亿亿卡的能量，这个能量究竟有多大呢？我们可以打一个比方：如果从地球到太阳之间，架上一座三公里宽、三公里厚的冰桥，那么，太阳只要一秒种的功夫发出的能量，就可以把这个一亿五千万公里长的冰桥全部化成水，再过八秒钟，就可以把它全部化成蒸汽。 太阳尽管发出这么巨大的能量，但是落到地球上的却只有很少的一点点，因为太阳离地球太远了。实际上地球接收到的太阳能量，只占太阳发出的总能量的二十二亿分之一。正是这二十二亿分之一的太阳能量在养活着整个地球。 太阳是怎么发出这么巨大的能量来的呢？它是不是永远这样慷慨地供应地球，永远也消耗不尽呢？人类为了搞清楚这个问题，花费了几百年的时间，一直到今天，也还在不断地进行着探索。 日常生活告诉我们，一个物体要发出光和热，就要燃烧某种东西。人们最初也是这样去想象太阳的，认为太阳也是靠燃烧某种东西，发出了光和热。后来发现，即使用地球上最好的燃料去燃烧，也维持不了多长的时间。拿煤来说吧，假如太阳是由一个大煤块组成的，大概只要1500年就要烧光了。后来又想到可能是靠太阳本身不断地收缩来维持的。但是仔细一算，也维持不了多久。一直到本世纪的30年代以后，随着自然科学的不断发展，人们才逐渐揭开了太阳产能的秘密。太阳的确在燃烧着，太阳燃烧的物质不是别的，而是化学元素中最简单的元素——氢。不过，太阳上燃烧氢，不是通过和氧化合，而是另外一种方式，叫做热核反应。太阳上进行的热核反应，简单地说，是由四个氢原子核聚合成一个氦原子核。我们知道，原子是由原子核和围绕着原子核旋转的电于组成的。要想使原子核之间发生核反应，可不是一件容易的事情。首先必须把原子核周围的电子全都打掉，然后再使原子核同原子核激烈地碰撞。但是，由于原子核都是带的正电，它们彼此之间是互相排斥的，距离越近，排斥力越强。因此，要想使原子核同原子核碰撞，就必须克服这种排斥力。为了克服这种排斥力，必须使原子核具有极高的速度。这就需要把温度提高，因为温度越高，原子核的运动速度才能越快。例如，要想使氢原子发生核反应，就需要具备几百万度的温度和很高的压力。这样高的温度在地面上是不容易产生的，但是对于太阳来说，它的核心温度高达一千多万度，条件是足够了。 太阳正是在这样的高温下进行着氢的热核反应。它把四个氢原子核通过热核反应合成一个氦原子核。在这种热核反应中，氢不断地被消耗，从这个意义上来说，太阳在燃烧着氢。但是它和通常所说的燃烧不同，它既不需要氧来助燃，燃烧后又完全变成了另外一种新的元素。 当四个氢原子核聚合成一个氦原子核的时候，我们会发现出现了质量的亏损，也就是一个氦原子核的质量要比四个氢原子核的质量少一些。那么，亏损的物质跑到哪里去了呢？原来，这些物质变成了光和热，也就是物质由普通的形式变成了光的形式，转化成了能量。质量和能量之间的转换关系，可以用伟大的科学家爱因斯坦的相对论来解释。那就是能量等于质量乘上光速的平方，由于光速的数值很大，因此，这种转换的效率是非常高的。用这种方式燃烧一克氢，就可以产生一千五百亿卡的能量。它相当于燃烧150吨煤。太阳为了维持目前发射的总能量，每秒钟要有六亿五千七百万吨的氢聚合为氦。听起来，这是一个很大的数字，但是对于太阳来说却是微不足道的，因为太阳的质量实在太大了，比地球的质量要大33万多倍。而且太阳物质的化学组成和地球的很不一样，绝大部分正是太阳进行热核反应所需要的氢。氢占太阳质量的四分之三以上。其次是氢燃烧后生成的氦，占五分之一左右。再其次才是几十种其他的微量元素。因此，如果太阳按目前的速度燃烧氢，那么还足够燃烧五百多亿年呢！ 人们在弄清楚了太阳的能量是怎样产生的以后，自然就联想到能不能把太阳上的这种产生能量的方式搬到地球上来呢？人们通过对原子和原子核的大量研究，终于利用热核反应的道理，制造出和太阳产生能量的方式一样的氢弹。氢弹的威力比原子弹还要大得多。不过，目前人们还做不到把氢弹的能量很好地控制起来使用。如果有朝一日能够实现可以控制的稳定的热核反应，那么大量的海水中的氢就可以作为取之不尽的燃料。那时候，地球上再也用不着为能源问题发愁了。这样的设想并不是幻想，目前世界各国的科学家，包括我国的科学家在内，正在为实现这一宏伟目标进行着不懈的努力，并且已经取得了一些进展。 关于太阳的巨大能量是怎么产生的，我们已经简单说明了。有人也许会联想到太阳将来会怎么样呢？太阳和天上的所有恒星一样，也是一颗星球。任何一颗星球都有它的生、老、死亡的过程。据天文学家研究，太阳从诞生到现在，已经经过了大约50亿年，太阳的整个寿命大约是100亿年。所以，目前的太阳可以说正处在它的壮年期。壮年期的太阳就是依靠燃烧氢的热核反应来维持它的生命的。我们刚才讲到，太阳把全部氢烧光，太阳就会发生突变。太阳核心的温度会逐步升高，最后太阳会发生突然性地膨胀。那时候，地球表面上的温度会大大提高，可能要超过一千度以上。在这样的高温下，河流会晒干，生物会被晒焦，情况严重的话，膨胀的太阳甚至会把整个地球吞掉。不过，请你不要担心，这幅可怕的情景是在50亿年以后才会发生的。到那时，人类的聪明智慧也许能用宇宙飞船把大家送到更适宜生存的星球上去了。 丰富多彩的太阳活动太阳在不断地收缩 1976年，美国青年天文学家埃迪提出，平均11年周期并非是太阳活动的基本规律，从而引起至今还没有停息的激烈争论。一波未平，一波又起，1979年，他再次发表爆炸性意见：太阳在不断地收缩，每百年角直径缩小2.25角秒。 太阳圆面的角直径平均是1919.26角秒，照此说来，每百年太阳只缩小直径的850分之一，可说是很不显眼的一点。折合成米来计算的话，也就是每天太阳直径缩小4.5米弱。对于直径约139.2万公里的太阳来说，确实是微乎其微。 不过，这也不容忽视。日积月累的结果，问题就大了。如果照此下去，10万年后会怎么样呢？岂不是太阳会缩小到“消失”不见吗？这样的爆炸性意见自然会引起许多人的极大关注。 埃迪的说法也不是凭空而来的，他主要参考了英国格林尼治天文台的观测资料。根据该天文台1836～1953年共11了年的太阳观测记录，他发现太阳的角直径并非固定不变，而是在不断地减小，并得出了每百年减小2.25角秒的结论。此外，他另有证据： （l）美国海军天文台从1846年以来100多年间的观测资料，同样表明太阳在收缩； （2）1567年4月9日曾发生过一次日环食，这是有历史记载可查的。可是，有人计算得出那本该是一次日全食。这是怎么回事呢？埃迪对此作了解释：1567年时的太阳要比现在的大一些，用现在的眼光和对太阳的认识来看到那时应发生日全食，而实际是日环食，就是这个道理。相反的意见 埃迪主要依靠的那些格林尼治观测资料可信吗？这是许多人首先提到的。 1836年前后那个时代，位于伦敦东南方向的格林尼治天文台，离城市比较远，空气清新，透明度很好。此后的一个世纪里，伦敦城以越来越快的速度扩大，人口增加，烟雾增多，严重影响观测，原来看起来明亮的太阳及其清晰的轮廓，也变得暗淡和模糊了。在这种情况下，觉得太阳似乎比过去小了些，这是完全可能的。顺便说一下，正是由于扩大了许多的伦敦城对天文观测的影响太大了，实在无法再容忍下去，建立已有200多年的格林尼治天文台，不得不于1948年搬迁到更南的苏塞克斯郡的赫斯特蒙苏城堡去，而仍旧沿用格林尼治天文台的名称。 再说，曾经对太阳作过精细观测的天文台远非三两个，负有盛名的德国哥廷根天文台就是其中之一。它于1756～1760年就用当时第一流的望远镜作过观测，这些宝贵资料一直很好地保存着。待到太阳是否在缩小的争论正热火朝天的时候，哥廷根天文台的工作人员再次拿来进行细致的归算，得到的结果是太阳角直径为1920.32角秒，误差估计最多不会超过上下各13角秒。也就是说，200多年来太阳的大小基本上没有变化。退一步说，这至少要比埃迪所说的100多年间的太阳小了2.25角秒的数值要小得多。 观测内行星凌日可以精确地推算出太阳的角直径。金星凌日和水星凌日按理都可以加以利用，但金星凌日的机会不多，上两次分别在1874年和1882年，而下两次将在2004年和2012年发生。水星凌日的机会较多，平均每世纪发生13次，从1677年的那次算起，到本世纪80年代末，总共发生过42次水星凌日，天文学家掌握着大量的观测资料。 水星凌日时，从地球上看起来，它就像个很小的黑点子在太阳面上缓慢地移动着，从太阳的一处边缘进入日面到从另一边退出日面，往往得花好几个小时。根据300多年的水星凌日精确记录，主要是它接触和离开日面的精确时刻，天文学家发现太阳的大小没有什么显著变化，要说有小小变化的话，那并非太阳的收缩，而是太阳角直径似乎增大了那么一点点。 不管怎么说，埃迪的论点并没有说服人，而其他人提出的反对理由强而有力，针锋相对。历史资料是如此。当代的资料也是如此，就在埃迪于1979年提出它的观点之后两年，即 1981年7月，英国科学家帕克斯利用一次日全食的机会，进行了相关的观测，经过计算，他得出的太阳角直径为1919.16角秒，比现在采用的数值小0.10角秒左右。而比200多年前的数值大0.10角秒左右。这样的测量误差完全在允许范围之内。结论应该是：在最近两个多世纪中，太阳的大小基本没有改变，至少没有像埃迪所说的改变得那么多。日食作证 利用日食来验证太阳角直径的大小，是个聪明和简单易行的办法。日食时，月球影子投在地面上时形成一条窄而长的影子带，如果这是一次日全食，影子带被称做全食带，在全食带的人看到的是壮丽的日全食奇观；如果是一次日环食，就叫环食带。 全食带也好，环食带也好，如果能够把食带两个边的位置测得很准，准到误差不大于229米，由此反推出来的太阳角直径也将是非常准确的。实践表明，误差不大于229米的要求是比较容易办到的，测出的太阳角直径误差就不大于0.12角秒。 几位科学家主要利用了本世纪70年代的两次日全食观测资料，这两次日全食分别发生在1976年10月23日和1979年2月27日。他们还参考了1715年5月3日日全食的历史记载，因为这次日全食的全食带刚好从英国人口密度很大的地区穿过，曾引起广泛的兴趣。许多目视观察者的叙述成为确定全食带边缘的可靠依据，而这些叙述和观测资料又经过著名天文学家哈雷的整理和分析。一句话，历史记载是可信的、可靠的。 根据这三次相隔264年的日全食观测资料，得出的结果表明，其间太阳角直径缩小了0.68角秒，相当于每世纪0.26角秒，几乎只及埃迪数值的1/10。 1987年9月23日，在我国境内可以看到一次机会相当不错的日环食，上海天文台组织了两个观测小组，分别监测环食带的两处边缘。精心的观测以及后来将结果与美国海军天文台等一起合作归算，得出本次日食时的太阳直径改正数为—0.22角秒，比先前的一些观测要精确得多了。把它与1715年的资料相比，表明在1715～1987年的272年间，太阳直径缩小约820公里，即每天缩小约8米。尽管有关研究人员还不能对太阳直径缩小的真正原因提出有说服力的解释，很明显的是，这个数值只及埃迪数值的1／5还不到。 法国巴黎天文台太阳物理实验室的科学家们另有新说，他们在系统地分析历史资料的基础上，得出了太阳角直径过去大、后来小的结论。他们提出至少在1666～1683年的那10多年间，太阳直径比现在要大2.75角秒，后来才逐步变小到现在这样。这个观点与埃迪观点有某些类似的地方，而且把时间往前推了一个半世纪。 总的说来，宇宙间的一切事物，当然也包括我们的太阳在内，都是在不断地变化和发展着的，不可能一成不变地老停留在同一个状态。从这个角度来说，太阳的持续变化是必然的，不变化则是不可能的。 不管太阳是胀、是缩，都是个至关重要的问题，都会关联到诸如太阳的构造、演化，太阳与其他天体的关系等方面，以及影响一系列地球物理过程和现象。至于像埃迪所说的，太阳以那么快的速度收缩，并且一直收缩下去，这种可能性看来是很小、很小。 太阳在不断地收缩吗？ 目前，这个问题还是错综复杂，迷雾重重，难以下断语，还需要长时期地作深入细致的观测和探索工作。最后的结局将如何？现在还难以预料。太阳在自转 太阳像其他天体一样，也在不停地绕轴自转，这在400年前是无人知道的。最早发现太阳自转的人是意大利科学家伽利略，他在观测和记录黑子时，发现黑子的位置有变化，终于得出太阳在自转的结论。他给出的太阳自转周期为一个月不到。那是17世纪初的事。 太阳是个大气体球，它不可能像我们地球那样整个球一块儿自转，这是不难理解的。早在1853年，英国天文爱好者、年仅27岁的卡林顿开始对太阳黑子作系统的观测。他想知道黑子在太阳面上是怎样移动的，以及长期来都说太阳有自转但这自转周期究竟有多长。几年的观测使他发现，由于黑子在日面上的纬度不同，得出来的太阳自转周期也不尽相同。换句话说，太阳并不像固体那样自转，自转周期并不到处都一样，而是随着日面纬度的不同，自转周期有变化。这就是所谓的“较差自转”。 太阳自转方向与地球自转方向相同。太阳赤道部分的自转速度最快，自转周期最短，约25日，纬度40°处约27日，纬度75°处约33日。日面纬度17°处的太阳自转周期是25.38日，称做太阳自转的恒星周期，一般就以它作为太阳自转的平均周期。以上提到的周期长短，都是就太阳自身来说的。可是我们是在自转着和公转着的地球上观测黑子，相对于地球来说，所看到的太阳自转周期就不是25.38日，而是27.275日。这就是太阳自转的会合周期。 如果我们连续许多天观测同一群太阳黑子，就会很容易地发现它每天都在太阳面上移动一点，位置一天比一天更偏西，转到了西面边缘之后就隐没不见了。如果这群黑子的寿命相当长，那么，经过10多天之后，它就会“按期”从日面东边缘出现。 除了由黑子位置变化来确定太阳自转周期之外，用光谱方法也可以。太阳自转时，它的东边缘老是朝着我们来，距离在不断减小，光波波长稍有减小，反映在它光谱里的是光谱谱线都向紫的方向移动，即所谓的“紫移”；西边缘在离我们而去，这部分太阳光谱线“红移”。 黑子很少出现在太阳赤道附近和日面纬度40°以上的地方，更不要说更高的纬度了，光谱法就成为科学家测定太阳自转的良好助手。光谱法得出的太阳自转周期是：赤道部分约26日，极区约37日。这比从黑子位置移动得出来的太自转周期要长一些，长约5％。 为什么呢？ 一种解释是：黑子有磁场，并通过磁力线与内部联结在一起，内部自转得比表面快些，黑子周期就短些，而光谱得到的结果只代表太阳表面的情况。这类问题的研究可以说现在只是才开头，其中的奥妙和真相还都说不清楚。 早在20世纪初，就有人发现太阳自转速度是有变化的，而且常有变化。1901～1902年观测到的太阳自转周期，与1903年得出的不完全一样。不久，有人更进一步发现，即使是在短短的几天之内，太阳自转速度的变化可以达到每秒0.15公里，这几乎是太阳自转平均速度的四千分之一；那是相当惊人的。 1970年，两位科学家在大量观测实践的基础上，得出了一个几乎有点使人不知所措的结论。通过精确的观测，他们发现太阳自转速度每天都在变化，这种变化既不是越转越快，周期越来越短，也不是越转越慢，周期越来越长，而似乎是在一个可能达到的极大速度与另一个可能达到的极小速度之间，来回变动着。 太阳自转速度为什么随时间而变化？有什么规律？这意味着什么？现在都还说不清楚，只能说是些有待研究和解决的谜。 空间技术的发展使得科学家们有可能着手观测和研究太阳外层大气的自转情况，主要是色球和日冕的自转情况。在日冕低纬度地区，色球和日冕的自转速度，和我们肉眼看到的太阳表面层——光球来，基本一致。在高纬度地区，色球和日冕的自转速度明显加快，大于在它们下面的光球的自转速度。换句话说，太阳自转速度从赤道部分的快，变到两极区域的慢，这种情况在光球和大气低层比较明显，而在中层和上层变化不大，不那么明显。 这种捉摸不透的现象，自然是科学家们非常感兴趣、有待深入的课题。 树有根，水有源。认为产生太阳自转的各种现象的根源在其内部，即在光球以下、我们肉眼不能直接看到的太阳深处，这是有道理的。 日震可以为我们提供太阳内部的部分情况，这是一方面。更多的是进行推测，当然，这种推测并非毫无根据，而是有足够的可信程度。譬如：根据太阳所含的锂、铍等化学元素的多少来进行分析和推测；从赫罗图上太阳应占的位置来看，太阳是颗主序星，根据所有主序星的平均自转速度进行统计，来考虑和推测。 其结果怎么样呢？ 不仅难以得到比较一致的意见，甚至还针锋相对：有的学者认为太阳内部的自转速度要比表面快，快得多；另一些学者则认为表面自转速度比内部快。 一些人认为：太阳自转速度随深度而变化，我们在太阳表面上测得的速度，很可能还继续向内部延伸一段距离，譬如说大致相当于太阳半径的1／3，即约21万公里。只是到了比这更深的地方，太阳自转速度才显著加快。 包括地球在内，许多天体并非正圆球体，而是扁椭球体，其赤道直径比两极方向的直径长些。用来表示天体扁平程度的“扁率”，与该天体的自转有关。地球的赤道直径约12756.3公里，极直径约12713.5公里，两者相差42.8公里，扁率为0.0034，即约1／300。九大行星中自转得最快的两颗行星是木星和土星，它们的扁率分别是0.0637和0.102，用望远镜进行观测时，一眼就可以看出它们都显得那么扁。 太阳是个自转着的气体球，它应该有一定的扁率，本世纪60年代，美国科学家迪克正是从这样的角度提出了问题。根据迪克的理论，如果太阳内部自转速度相当快，其扁率有可能达到4.5／100000。太阳直径约139.2万公里，如此扁率意味着太阳的赤道直径应该比极直径大60多公里，对于太阳来说，这实在是微乎其微。可是，要想测出直径上的这种差异，异乎寻常地困难，高灵敏度的测量仪器也未必能达到所需要的精度。 为此，迪克等人作了超乎寻常的努力，进行了无与伦比的超精密测量，经过几年的努力，他得出的太阳扁率为十万分之4.51±0.34，即在4.85／100000到4.17／100000之间，刚好是他所期望的数值。1967年，迪克等人宣布自己的测量结果时，所引起的轰动是可想而知的。一些人赞叹迪克等人理论的正确和观测的精密，似乎更多的人持怀疑态度，他们有根有据地对迪克等人的观测精度表示相反意见，认为这是不可能的。 一些有经验的科学家重新做了论证太阳扁率的实验，配备了口径更大、更精密的仪器，采用了更严密的方法，选择了更有利的观测环境，所得到的结果是太阳扁率小于1／100000，只及迪克所要求的1／5左右。结论是：太阳内部并不像迪克等人所想象的那样快速自转。退一步说，即使太阳赤道部分略为隆起而存在一定扁率的话，扁率的大小也是现在的仪器设备所无法探测到的。 企图在近期内从发现太阳的扁率，来论证太阳内核的快速自转，可能性不是很大。它将作为一个课题，长时间地反映在科学家们的工作中。不管最后结论太阳是否真是扁球状的，或者太阳确实无扁率可言，都将为科学家们建立太阳模型，特别是内部结构模型，提供非常重要的信息和依据。 至于为什么太阳自转得那么慢？为什么太阳各层的自转速度各不相同？一些自转速度变化的规律又怎么样？等等，都还是未知数。太阳的振荡 “地震”这个名词，我们都是很熟悉的。“月震”，也并不太生疏，它是月壳的一种不稳定现象。1969年，美国“阿波罗11号”飞船的宇航员在月面上装置了第一台月震仪之后，记录到每天平均约有一次月震，而且都是很微弱的。 太阳有“日震”吗？有。日震极为复杂，规模宏伟壮观，景象惊心动魄，地震根本无法与之相比。日震最初是在1960年被美国天文学家莱顿发现的。他在研究太阳表面气体运动时，发现它们竟是像心脏那样来回跳动，气体从太阳面上快速垂直上升，随后再降落下来，一胀一缩地在振荡着。一些地方的气体急剧振荡几次之后，好像跑得很急之后的喘口气那样缓和一段时间，接着又开始新的一轮振荡。这种振荡平均每5分钟 （精确地说，应该是296±3秒）周期性地上下起伏重复一次，被称做“5分钟振荡”。 进一步的观测研究表明，在一次振荡中，气体上下起伏的范围可以达到好几十公里，这对于直径达139万多公里的太阳来说，自然算不了什么。使人惊讶的是，发生振荡的不是太阳面上的一小片区域，而是在成千上万、甚至好几十万平方公里的范围内，气体物质联成一片，好像在同一声口令下同起同落。并且在任何一个时刻，太阳面上都有约2／3左右的地方在作这种有规律的振荡。如此大面积的振荡真可以说是蔚为奇观，请你想一想，比地球大好几倍的一片火海，其上火舌瞬息万变，火“波”汹涌澎湃，一忽儿上升，一忽儿又很快下降，最生动的笔恐怕也难确切地描述其全貌。 5分钟振荡的发现是天文学、特别是太阳物理研究中的一件大事，有着划时代的意义。 我们知道，科学家对地震波进行研究之后，才得以了解地球内部结构，我们现在掌握的这方面知识，几乎都是这样得来的。太阳内部我们更是无法直接看到，而所谓的太阳振荡即日震，它的发现无异于为科学家们送来了一具可“窃听”太阳内部深处的听诊器，各国科学家立即对之表现出巨大的兴趣。 譬如说：太阳大气层最靠里面的那一层叫光球，它也就是我们平常看到的太阳表面层。在光球下面的是对流层，这是很重要的一层，它起着承内启外的作用。可是，我们无法看到它。而根据对5分钟振荡的观测和有关理论，我们相信，对流层的厚度大体上是20万公里。当然，也有人认为对流层只是很薄的一层。 太阳的5分钟振荡一般被看作是太阳大气中的现象，那么，是否可能它也是周期更长的太阳整体振荡的组成部分呢？ 从本世纪70年代开始，一些科学家设法寻找频率更低、周期更长的太阳整体振荡。1976年，前苏联克里米亚天体物理天文台的科学家们在研究光球层时，发现太阳表面存在着一种重要的振荡，周期是160分钟，每次振荡太阳都增大约10公里，随后又恢复到原先的状态。 前苏联科学家的发现很快由美国斯坦福大学的一批研究人员予以证实。后来，人们从前苏联和美国的资料中，进一步得出更精确的周期为160.01分。不过，在相当一段时期里，有人怀疑太阳的160分钟振荡是否与地球大气抖动有关。法国和美国的一个联合观测小组，成功地在南极进行了长达128小时的连续观测之后，最终把怀疑排除了。地球北半球是冬季时，南半球是夏季，南极是极昼，即24小时太阳都在天空中，连续观测中就不存在大气周日活动的影响问题。以160分钟为周期的太阳整体振荡得到确认，它确实来自于太阳本身。 在研究5分钟振荡等的时候，科学家们出乎意料地发现，它们竟然还可以分解为上百个长短不等的小周期，短的只3分钟，长的有3小时。这些五花八门的小周期叠加在一起，真有点使人眼花缭乱 ，它们之间究竟有些什么内在的联系？或者这些错综复杂的小周期预示着什么？现在确实还无可奉告。 本世纪60年代，美国科学家迪克发现太阳并非是个圆气体球，它的两极略扁，赤道部分则略微凸起。1983年，迪克本人的观测结果表明，太阳的形状并非固定不变，它的扁率发生周期振动，周期是12.64天。 有意思的是，另一批美国科学家从水星的运动中，也发现了太阳的振荡现象。1982年，美国高空观测研究所等单位的研究人员，收集了从18世纪以来的、长达265年的水星绕太阳运动的资料，以及好几十组日食发生时间的数据。综合分析的结论是：太阳直径又胀又落，像是个一忽儿充满气，一忽儿又放掉了点气的大皮球，这种被他们称为“太阳颤抖”的振荡现象的周期，被定为76年，最大的变化率可以达到0.8角秒。 近些年来，有人从44520个太阳黑子数的分析中，得出其峰值有12.07天的周期。也有人从太阳自转速度随纬度高低而不同的所谓“较差自转”中，导出16.7天的周期。此外，还有人认为存在着好几个7～50分钟的周期；160～370分钟周期范围内，也还存在着太阳整体振荡，等等。 日食记载也为此提供了新论据。一些科学家详细研究了8次日全食的资料，其中最早的一次是1715年5月3日在英国可见的日全食，最晚的一次发生在1984年5月31日。分析得出：269年间，太阳直径有类似脉搏跳动那样的振动现象，周期不详，但总的说来变化不算大，只有1.24角秒，大致是太阳角直径的1／1600。 研究和探测太阳内部结构是天文学家们长期的重要课题，也是很难顺利展开的课题。已经建立起来的理论和假说，有的未能通过实践的检验，有的显露出很大的缺陷，这类事情常有发生。正当科学家们一筹莫展、陷入重重困难的时候，日震被发现了，他们怎能不喜上眉梢呢！ 在不算长的几十年时期内，日震学已显示出其强大的生命力，太阳的内部结构，各层次的温度、压力、密度、化学组成、自转和运动情况等等，无不通过太阳振动的研究而获得了大量前所未知的信息。说实在的，这些信息对于建立和完善已有理论，譬如黑子是怎么产生的、黑子周期的本质等，都是必不可少的。科学家们相信，日震与地震的某些性质应该或可能有相似之处，运用我们已掌握的对地震波的研究成果，再经过相当时间的观测和探索，我们一定会越来越深入地认识我们的这个太阳，再扩大一步来说，乃至其他恒星。 我们也不必讳言，到目前为止，太阳整体振荡为我们解决的问题只是初步的，还远没有它提出的问题那么多。太阳整体振荡是怎么产生的？从各种不同角度导出的种种周期与整体振荡是什么关系？各种周期之间又是什么关系？这些都还是未知数。 如果把太阳振荡比作是一条走向探知太阳内部的康庄大道的话，那么，我们才刚踏上征程，大量的开拓工作还在后头。 |
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