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第9章 丰富多彩的太阳活动(2)

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,来证实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,规模相当之大,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”。

进一步的观查研究表明,在一次振荡中,气体上下起伏的范围可以达到数十公里,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颇为奇观,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20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,它确实来自于太阳自身。

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同的小周期,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。

20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1.7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,这类事情经常发生。正当科学家们一筹莫展、陷入重重困难的时候,日震终于被发现了,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,譬如黑子是如何产生的、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。

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。当月亮遮住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,只是持续几秒钟,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,而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,产生着高速原子核和电子微粒辐射,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。

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