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世界科技全景百卷书: 千姿百态的日珥
光球的上界同极活泼的色球相接。由于地球大气中的水分子和尘埃粒子将强烈的太阳辐射散射成“蓝天”，色球完全淹没在蓝天之中。若不使用特殊仪器，色球是很难观察到的，直到20世纪，这一区域只有在日全食时才能看到。当月亮遮掩了光球明亮光辉的一瞬间，在太阳边缘处有一钩细如娥眉的明亮红光，仅持续几秒钟，这就是色球。色球层厚约8000千米。日常生活中，离热源越远的地方，温度就越低，然而太阳大气的情况却截然相反，光球顶部的温度差不多是4300℃，到了色球顶部温度竟高达几万度，再往上，到了低日冕区温度陡升到百万度。太阳物理学家对这种反常增温现象一直不能理解，到现在也没有找出确切的原因。 色球的突出特征是针状物，它们出现在日轮的边缘，像一根根细小的火舌，有时还腾起一束束细高而亮的火柱。19世纪的一位天文学家形象地把色球表面比喻为“燃烧的草原”。针状物不断产生又不断消失，寿命一般只有10分钟。 在色球上我们还可以看到许多腾起的火焰，这就是天文学中所说的“日珥”。日珥的形态真可以说是千姿百态。有的像浮云，有的似喷泉，有的仿佛是一座拱桥，有的宛如一堵篱笆，而整体看来它们的形状恰恰似贴附在太阳边缘的耳环，由此得名为“日珥”。天文学家把日珥分为宁静日珥、活动日珥和爆发日珥。最为壮观的当属爆发日珥，本来宁静或活动的日珥，有时会突然“怒火冲天”，把气体物质拼命向上抛出，然后回转着返回太阳表面，形成一个环状，所以又称环状日珥。这种日珥是很罕见的并且也很重要。它的重要性在于它像铁屑提供磁铁周围的磁力线一样，提供了太阳大气中不可见的磁场存在的证据。 日珥的上升高度约几万公里，一般长约20万公里，个别的可达150万公里。日珥的亮度要比太阳光球层暗弱得多，所以平时不能用肉眼观测到它，只有在日全食时才能直接看到。 日珥是非常奇特的太阳活动现象，其温度在5000～8000K之间，大多数日珥物质升到一定高度后，慢慢地降落到日面上，但也有一些日珥物质飘浮在温度高达200万K的日冕低层，既不坠落，也不瓦解，就像炉火熊熊的炼钢炉内居然有一块不化的冰一样奇怪，而且，日珥物质的密度比日冕高出1000～10000倍！两者居然能共存几个月，实在令人费解。 太阳的红脸膛 无论你是在平地上还是在山上，看到一轮鲜艳的红太阳从地平线上冉冉升起，壮观而又美丽的自然景象使人赏心悦 目，印象深刻，久久难忘。 日出和日落时，看起来太阳红得可爱，当它升得很高时就远没有那么红了。大家都明白，这不可能是太阳自己在那里一阵子“变”红脸，一阵子又变了别的什么颜色。是我们地球的大气在那里“变”了个小小魔术，把太阳装扮得更加漂亮了。 大气本身是没有颜色的，它用什么来为太阳“染”色呢？ “染料”是取之于太阳，而后又用之于太阳的。原来，太阳光并非是单色的，是由7种主要颜色组成，它们是：红、橙、黄、绿、青、蓝和紫。如果你手上有个玻璃三棱镜，把它对着太阳，太阳光经过三棱镜就会“分解”成为一条由那7种颜色组成的光带。 大气也有这种把太阳光分解为7种颜色的本领，它靠的是漂浮在大气中的尘埃粒子、小水滴和气体分子等。夏天，雷雨过后，有时可以在天空中看到圆弧状的彩虹，它就是由大气中的尘埃等把太阳光折射后形成的。那7种颜色的“个性”都不一样，用科学术语来说，就是各自的波长不同，它们在空气中遇到前面讲的尘埃粒子等时，紫、青、蓝等最容易被挡住，或者被折射到另外的地方去，其次是绿和黄，橙和红的穿透本领最强。 早晨和傍晚的时候，太阳光是从侧面斜射到地面上来的，它比别的时候要穿过更厚的大气层，遇到尘埃粒子的可能性就更大，特别是这部分大气层如果比较混浊的话，那7种颜色的光中的大部分，都会先后被“挡驾”或被折射到别的地方去，于是只剩下黄和红、甚至主要是红色，穿过重重障碍、拨开云雾最后到达地面，“撞”在我们大家眼睛的视网膜上，于是，我们就看到了一个红得可爱的、红彤彤的红太阳。 我们完全可以根据上面说的，举一反三：在烟雾弥漫、空气中尘埃等漂浮物比较多的地区，或者在大雾的日子里，太阳就显得红些；在空气清新的地区、海边等地，从那里看到的太阳就不那么红。 月亮以有这种“变”红的现象，道理是一样的。 神奇的太阳风效应 最近十年来，天文学上的重大发现之一就是，不仅确定了太阳的能源，而且也确定了太阳的电磁辐射。太阳跟原子反应堆一样，产生着高速原于核和电子微粒辐射，它以每秒500公里的高速奔离太阳的表面，几天后就能到达地球。它比声速快100多倍。然而，在几年前，人们对今天发现的这种太阳特性，还是完全陌生的。太阳这颗恒星对我们生存的意义，现在要重新认识。就今天判断的结论而言，从这个发现中便能得出，太阳对地球来说，是生命形成和发育的源泉，因为它向我们提供了无法得到的能量，又是那么慷慨无私，那么多。太阳使我们避免了从宇宙深处射来的致命影响，为了能对此有所了解，首先，我们必须熟悉太阳的粒子流或称之谓“太阳风”。它有着神奇的效应。 长期以来，人们就已知道，任何一种神秘莫测的古怪力量都是来自太阳。当彗星接近太阳时，这种力量在一定的场合下就会表现出来。 在很早以前，由于童星或“扫帚星”的突然出现以及它们的奇特外观，人们总认为它们是天灾人祸的预兆。实际上，它们是一种较小的天体，直径为几百公里，最大者为几千公里，是一些较小的和冰冷物质的碎块所组成。它们在偏心率很大、异常长的椭圆形轨道上绕着太阳运转。根据对它们轨道的计算，得知有些彗星绕太阳一周需要几千年。当它们位于离太阳最远的地方时，与太阳的距离竞可达2～3光年！这一距离已达到太阳系与最近恒星的距离的一半。究竟与最近恒星的距离有多少还需要进一步研究，但地球的“宇航员”任何时候都能进入邻近的太阳系，因此，我们的太阳系与相邻的太阳系之间存在着一种直接的物质联系。有时在远日点，两相邻恒星的彗星轨道是相互交叉的。当彗星在近日点受到行星的引力影响，重新发生摄动，轨道变为不规则。因而，可以确切地认为，彗星轨道的远日点是会反复变换的，即一个恒星的智星可以进入到相邻恒星的引力范围，并绕后者旋转。 假设这种思想进一步发展，并考虑到大多的彗星最后由于轨道摄动的增强，那么，彗星就有可能被行星捕获而致命。它们的平均寿命可能只有100万年，最后以“流星”或“陨星”的形式坠落到某颗行星上。由此可以认为，我们的地球不仅有来自太阳系的，而且还有来自我们的宇宙近邻——某个外太阳系上的物质。 这里，我们对彗星感兴趣完全出于另外的理由，就是彗星的指向究竟意味什么力起作用？ 游散的彗星物质碎块一般是冷的，由于它们离我们很远，看不见。这种彗星物质在偏心的轨道上运行，迟早总要运行到太阳附近。当它们运行到太阳附近时，在太阳的影响下，可看到前所未有的惊人壮观。由于太阳的加热作用，从固体彗核中会逸出气体。从分光镜中可以看出，它们是一氧化碳和氮。这些气体以每秒钟1000公里的高速度离开彗核，在太阳光线的照射下开始发光。只有当彗星运行到近日点及其附近时，才能形成引人注目的彗尾。彗尾的长度可达一亿公里，甚至二亿公里。 很早以前，天文学家发现，彗尾的指向有一个共同特征：总是背向太阳。现在，人们自然相信，彗星后面总是拖着长长的尾巴。不过这仅仅是从地球上所处环境的角度来推测的。宇宙空间是没有空气阻力的，究竟是什么力量使彗星有长尾巴呢？假如在一般情况下，彗尾的方向从表面上看是任意的，无规则的，难以预测的。然而，彗尾指向实际上是很有规律的，而且每一个彗尾的指向总是向太阳的。 人们可以看到彗星开始趋近太阳时，即它在轨道上的头一个位置时，后面己拖曳了一个尾巴。彗星在轨道每个位置上的尾巴指向都是背向太阳的。当彗星越过近日点后，尾巴由原来后面变为在前面顶推着。 长期以来，根据这些观测知道，任何斥力都来自太阳，它使彗尾在宇宙空间像风信旗一样。不久前，确实还不清楚这一现象是由什么力引起的，有人认为，它也许是太阳光的压力效应。很早以前，人们看到彗星尾巴总是背着太阳，由此联想到太阳是不是也有风，当然这种风不是空气而是物质粒子流。正式提出太阳风这么一个很形象化的名称是20世纪50年代的事。60年代初，人造卫星和探测器在空间所进行的观测，不但证实了太阳风的存在，而且给出了太阳风的平均密度、速度等特征。从太阳风人们又联想到其他恒星是否也有“恒星风”。近年来，天文学家确已发现一些年轻恒星正以类似太阳风的形式失去物质。 1973年天空实验室的发射，把空间太阳观测发展到空前的新时代。长期观测表明，太阳风是最依赖太阳活动的现象。当太阳赤道存在冕洞时，地球附近就观测到高速太阳风，因此天文学家认为冕洞是高速太阳风的重要源泉。 太阳风也是影响地球的重要现象之一。当太阳风向地球极区吹来时，便在地球两极电离层上绘出了美丽的图画——极光，特别是太阳黑子多的时候，极光更是频频出现，并向中纬度延伸。极光的形态千变万化，有时像一片飘逸的云浮在天空，有时像黄绿色的一段弧悬在天穹，犹如空中彩桥，也有时像天上悬下来的一块色彩绚丽的幕布，还有时像一盏巨大的霓虹灯，光彩夺目。19世纪后半叶，物理学家的实验证明，极光是地球周围的一种大规模放电过程。科学家对太阳风的认证进一步揭开了极光之谜：来自太阳的带电粒子到达地球附近，地球磁场迫使它们之中的一部分沿着磁力线集中到地球的南北磁极。当它们闯入极地的高层大气时，同时大气中的分子和原子碰撞，从而使大气中的分子和原子激发，产生出光辉，引起了极光。由空间探测器获得的行星空间探测结果表明，极光现象并不局限于地球，太阳系内某些具有磁场的行星上也有极光。 太阳“风”在含义上的表达是最恰当的和直观的，因为，在一般的含义中，它显然与辐射无关，而与物质粒子的发射有关，这种粒子是很微小的，量级为原子级。显然，这里在字面上所指的是，从太阳吹向宇宙空间的风是一种极其稀薄的风，尽管具有很大的速度，但不能使地球上的旗帜飘扬起来。但是，它的力量足以飘起稀薄得几乎无重量的物体，如彗尾。现在可以肯定，彗星风信旗所指示的风是由质子和电子组成的太阳风。极光也是由太阳风引起的。这两种神奇的太阳风效应，经过人们上百年的探索才搞清楚。 太阳活动与旱涝 旱涝是重大的自然灾害之一。大范围与持久的旱涝，会给人类带来严重的损失。明代崇祯时，大旱连三年，赤地千里，饿殍遍野。1975年8月河南南部特大暴雨，3天的降雨量比过去全年的降雨量还大，以致大水冲垮几个大水库，淹了几个县，经济损失约有5亿元。 因此，人们早就在研究旱涝的规律与成因，以求能早作预报与预防。 旱涝的发生是有一定规律可寻的。有些具有明显的周期性，有些则是随机的。当然，这里说的周期，并不是严格的周期，而是准周期。比如，我国降水变化大约有30～40年的周期，而长江中下游地区的降水，平均周期为35年 （35年为著名的布鲁克纳周期）。黄河流域的大干旱具有80～90年周期。渤海的严重冰情大约10年左右发生一次，等等。 我国的水文、气象学界十分重视对旱涝规律的研究。由于旱涝主要决定于气候演变，追根溯源，就是作气候演变规律的研究。我国悠久的历史上留下了丰富的水文、气象、物候的记事，为这方面的研究提供了宝贵的资料。这个优势是外国所不具备的。 研究表明，气候的若干周期与太阳活动周期有明显的对应关系。比如长江年径流量变化具有约22年周期，淮河有约10年周期，而西江、黄河、永定河与松花江流域有40年左右的周期。这些周期与太阳活动的基本周期颇为一致。 近500年来，我国东半部地区的干旱指数具有2～3年、8～10年、22～26年的明显周期，这些周期跟太阳活动的几个周期很接近。 除了周期对应之外，太阳活动对气候的影响，即使在同一地区或同一流域，在不同的时期也是不一样的。比如在长江下游地区，太阳活动峰年与谷年附近，旱涝次数比其他年份要多。特别是，在峰年附近，涝的次数比旱的多；而在谷年附近，旱的次数比涝的多。如果就整个长江流域来说，也大致是这个情况。即在太阳活动峰年附近雨水多，易涝；在谷年附近雨水少，易旱。近500年来黄河流域的水旱情况，存在有“强湿弱干”的规律，也就是太阳活动强时，雨水较多；在太阳活动弱时，雨水较少。不过这种关系仍然很复杂，在太阳活动峰年时不一定有大水，而可能在活动峰年过后一二年才发生大水。 北京地区在近250年中，多雨的年份一般在太阳活动的谷年和峰年及其后一年，而少雨的年份则在谷年与峰年前一二年。 有人还研究了以耀斑爆发为主的太阳短期活动与天气的关系，也得到了许多有趣的结果。比如在四川盆地，太阳强耀斑后，常有多雨或大晴天天气出现，而在普通耀斑后，常出现比较异常的天气，如突然下冰雹等。 根据国内外的研究，太阳活动对大气、气候的影响是相当复杂的。同样是太阳峰年，有的地区是涝，而有的地区却是旱。这种差别的原因可能在于各地的自然地理条件不一样。 在研究太阳活动与大气、气候的关系时，人们也在探讨勺什么有这种关系？究竟太阳是怎样影响天气、气候变化的7可是至今没有一个完满的答案。 大家知道，大气运动的主要动力是太阳辐射热（以“太阳常数”为代表）。如果太阳总辐射发生变化，就能引起大气环流的变化，导致某些地区发生干旱或洪涝。理论上估计，太阳常数变化1％，就会发生这种情况。可是，经过几十年的地面观测以及近年来通过人造卫星的观测，所得的结果都表明，太阳常数基本上保持不变。因此，这条路就被堵死了。 人们提出了几个间接的原因来说明太阳活动对气候的影响。有一个是“大气臭氧的屏蔽作用”的假说。在地面上空20～30公里的大气层中，臭氧的含量特别丰富，因而被称为“臭氧层”。臭氧能大量地吸收太阳的紫外线，使人类与生物免受太阳紫外线的辐射而遭到伤害，没有臭氧层的保护，包括人类在内的地球上的所有生物就存在不了。 臭氧是由太阳紫外线辐射产生的。在紫外辐射强时，臭氧含量就多；在紫外辐射弱时，臭氧含量就少。所以，臭氧含量多少或臭氧层厚薄，跟太阳活动有直接的关系。在太阳活动峰年时，紫外辐射最强，臭氧含量达最大；在谷年时，臭氧含量最少。 臭氧层对紫外辐射进入低层大气和到达地面有明显的屏蔽作用。臭氧多时，进入低层大气和地面的能量减少，地面温度也因之有所降低；反之，则增高。这就会导致大气的反常变化。但是其中详细的机制等情况，仍然是不清楚的。更有人提出，全球臭氧含量与太阳活动关系是反相关的，即在太阳活动峰年时，臭氧含量反而达到最小。这方面的分歧是很大的，所以对于臭氧的屏蔽作用仍要进一步弄清。 近年来，由于大气电过程的观测与研究比较深入，所以有人提出“雷暴事件的触发”假说。地球大气中经常发生雷暴。雨云中带正电荷的部分与带负电荷的部分相遇，就发生雷鸣闪电，下起瓢泼大雨或暴雨。研究发现，雷暴事件与太阳活动有关系。太阳活动强时，耀斑比较多。耀斑产生的大量高能质子能穿到大气的低层（20公里以下），触发雷暴的发生。观测发现，耀斑发生后4天，全世界范围的雷暴增强和欧洲雷暴事件的发生达到极大。 另外，宇宙线也能穿到大气低层，促使大气发生电离。宇宙线也是雷暴的源泉之一。地面宇宙线的强弱都受到太阳活动的调制，所以，雷暴事件与太阳活动是密切相关的。 但是，目前对于雷暴的过程，以及大气如何影响大气变化，导致旱涝，仍然没有研究清楚。不过，大多数科学家认为，太阳活动通过大气电的过程影响于天气，可能是一个较好的途径。 未来，在弄清了太阳活动与大气、气候的关系后，人们也许可能通过太阳活动来作比现在准确得多的天气预报。 |
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