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光辉的太阳


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太阳是太阳系中唯一自己发光的天体,是一颗稳定的恒星。它光焰夺目,光芒四射,以巨大的光和热哺育着大地,给人间带来了温暖。对于人类来说,地球上万物的生长,气候的变化,江河湖海的出现,各类矿产的形成,直到人们的日常生活,都离不开太阳,所以在宇宙的众星球中,没有一个能比得上太阳更为重要。可以说,没有太阳就没有人类居住的地球,也就没有人类。从这个意义上说,太阳好比是“大地的母亲”。

在我国辽阔的土地上,从很早的古代起,就居住着许多部族,各个部族都有自己奉祀的上帝、鬼神和有关太阳的神话传说。据传说,我国东方殷商人信奉的上帝是帝俊(又称帝喾),西方的周人所奉祀的上帝是黄帝,而且这往往又与太阳的神话传说有关。

传说帝俊长着鸟的头,头上有两只角,称猴的身子,只有一只脚,手里常常拿着一根拐杖,弓着背,一拐一拐地走路。说帝俊有三个妻子,一个叫做娥皇,另外两个一个叫羲和,另一个叫常羲。羲和是太阳的女神,生了十

个太阳。常羲是月亮的女神,生了十二个月亮。

相传,在东海外的汤谷,有一棵大树生长在海水中,这个大树名叫“扶桑”,扶桑有几千丈高,一千多围粗,这十个太阳就住在这扶桑树上,经常有一个太阳住在上面的树枝上,其余九个都住在下面的树枝上。他们轮流出现在天空中,一个太阳回来了,另一个太阳才出去值班,所以虽然有十个太阳,但经常和人们会面的却只有一个。

据说到帝尧当政的时候,十个太阳不再认真地轮流出来值班,却一齐跑出来玩耍。习惯一经养成,就天天都结伴出来,这便给大地上的人们带来了沉重的灾难。十个太阳发出的光和热,把禾苗晒得枯干了,把土地烤焦了,铜铁沙石也快要晒熔化了,血液差一点要沸腾,怪禽猛兽纷纷从火焰似的森林、沸汤般的江湖里跑出来残害人们,人们处在垂死挣扎的边缘,就连帝尧也无法活下去了。

在天廷的帝俊见到这般光景,觉得再也不能让孩子们胡闹下去了,于是就决定派擅长射箭的名叫后羿的天神到人间去严厉地教训他们一番。据说后羿的箭法相当高明,即使一只小雀从他面前飞过,准会把它射下来。在后羿离开天廷的那天,帝俊赐给了他一张红色的弓和一口袋白色的箭,这箭不但华美而且坚固锋利。帝俊对后羿还叮嘱一番。后羿领了帝俊的使命后,就带着妻子天神嫦娥降到了人间。

后羿在茅草屋里见到了愁苦的帝尧,又亲眼目睹了人们受难的情景,勾起了他怜悯人们、痛恨太阳的怒火,这时已顾不上帝俊的嘱咐了,便弯弓对准太阳射出一箭,嗖的一声上去,隔了片刻,只见天空中一团火球无声地爆裂,流火乱飞,黑色的羽毛纷纷四散,坠落到地面上一团黑色的东西。人们跑去一看,原来是一只带着箭的硕大无比的三脚乌鸦,它就是太阳精魂的化身。天上果然少了一个太阳。后羿见大祸既已闯下来了,索性一不做二不休,把箭一支接一支地射向太阳,三脚乌鸦一只接一只地落下来。站在一旁看射箭的帝尧,想到一个太阳出来的时候,太阳对人们有很大的好处,不能全射下来,便急忙命人暗中从后羿装满十支箭的箭袋里抽出一支,所以最后天空中只剩下了一个太阳。

后羿虽为人们除了害,但由于射下了九个太阳而闯下大祸,就再没回到天廷,嫦娥也因此受到了连累。后羿为了永远生活在人间,就引出了后羿向西王母讨药,以及嫦娥奔月的故事。

我国是最早观测和研究太阳的国家之一,早就注意对太阳黑子和日食现象进行观测,并留下了大量的资料。据《汉书·五行志》记载,在西汉成帝河平元年(公元前 28 年)“三月乙未,日出黄,有黑气大如钱,居日中央”,这是世界有名的公元前 28 年 5 月 10 日的太阳黑子记录(据考证,“乙未”应为“己未”)。后来在我国的史籍上,不断出现类似的记载,对科学家们研究黑子周期有很大的参考价值。

但首先用仪器观测太阳的要算是伽利略了。在 1609 年,伽利略第一次用望远镜观测太阳黑子。1826~1843 年,法国有位药剂师,名叫施瓦布,是个天文爱好者。他对太阳黑子连续观测 17 年后,发现黑子有 10 或 11 年的周期变化。1848 年,瑞士的 R·沃尔夫提出黑子相对数的概念,并利用历史上望远镜观测积累下来的黑子资料,推算出上溯到 1700 年的黑子相对数的年平均值,进一步证明太阳黑子活动确实存在着明显的周期性变化,周期平均长为 11.1 年,这就是大家所知道的太阳黑子 11 年周期。

到了 19 世纪最后 10 年,美国的海耳和法国的德朗达尔分别发明太阳单色光照相仪和太阳谱线速度仪,从而开创了现代的太阳研究的新时期。他们通过单色光观察太阳光球和色球,发现了钙云(谱斑)。20 世纪初,在威尔逊山天文台安装了太阳塔和分光设备,广泛地巡视太阳,发现了黑子的磁性和 22 年的磁周期。1931 年,李奥制成了日冕仪,为人们平时观测日冕提供了条件。到 20 世纪 50 年代初,太阳光磁象仪研制成功,进一步推动了对太阳活动规律和活动区物理的探讨。

此外,在 20 世纪 30 年代,詹斯基等人发现了来自地球以外的无线电波。射电天文学的诞生,使人们可以用无线电方法接收并研究太阳的射电波,并取得越来越多的成果。

随着空间科学技术的发展,空间天文学也发展起来。在卫星上天以前,已开始利用飞机、气球、火箭进行探测。近年来,又发展到利用地球轨道太阳观测卫星、某些深空探测器和天空实验室上的阿波罗望远镜装置,从空间观测太阳,此外,许多地球物理探测卫星,也进行太阳观测。

美国在 1960 年 6 月~1976 年 3 月,发射了太阳辐射监测卫星(英文缩写为 SOLRAD)系列。这个系列共发射 13 颗,其中有三次发射失败,后发射的几颗成果较大。它们的任务是对太阳 X 射线进行连续监测。从 1961 年 1 月以来,利用这些卫星监测太阳 X 射线辐射,测定了这个黑子周期内的极小和极大的辐射流量,以及辐射流量随太阳活动的变化情况。

此外,美国从 1962 年 3 月~1975 年 6 月,还发射了轨道太阳观测台(英文缩写为 OSO)系列。它也是观测太阳的卫星系列。这个系列共发射八颗,主要任务是通过观测太阳的紫外线、X 射线和γ射线,系统而连续地研究太阳的结构、动力学过程、化学成分以及太阳活动的长期变化和快速变化。

除了美国以外,苏联、欧洲空间局、日本等国也先后发射了太阳观测卫星,进行对太阳的观测和研究。

1973 年,美国的“天空实验室”发射成功,使空间太阳观测发展到了空前的程度。天空实验室是美国实验性的大型载入轨道空间站。它上面的阿波罗望远镜是一组观测太阳的天文仪器,在远紫外线或 X 射线等不同波段,对太阳色球和日冕进行了电视或照相观测,拍摄了太阳活动景象的大量照片。而且,通过天空实验室的高分辨率成像观测表明,日冕不是宁静的均匀结构特征。科学家们还注意到,当太阳赤道有大冕洞时,地球附近就会观测到高速太阳风。为此,人们认为冕洞可能是高速太阳风的源泉。

可见,人类在漫长的岁月里,通过不同手段对太阳的观测,使人们知道了太阳上有着壮丽的景色,变幻的风云,甚至猛烈的爆发,太阳上是那样生气勃勃,丰富多采。这里,我们对太阳的知识只做简单的介绍。

太阳是太阳系的中心天体,它以巨大的引力控制着太阳系中的天体。地球自形成以来,已绕太阳运行过 46 亿年了。太阳是离我们最近的一颗恒星,它的直径为 139 万公里,比地球大 109 倍,体积相当于地球的 130 倍,质量是地球的 33 万倍。

太阳是一个炽热而发光的气体球,严格地说,它是一个高温的等离子体天体。太阳是由一系列类似同心圆的气层组成的。

我们肉眼看到的光芒夺目的太阳表面,通常称为“光球”。厚度约有 500 公里,表面温度达 6000℃。我们接受到的太阳能量基本上是从光球发出的。在光球上没有受到干扰的地方,布满了米粒组织,估计米粒组织的总数达 400

万颗。在光球活动区有太阳黑子、光斑,偶尔还有白光耀斑。

“米粒组织”是光球下面气体对流所引起的一种日面结构。它在高分辨率的光球照片上,呈现出米粒状的明亮斑点,它们的直径往往达 700~1400公里。

在光球上出现的大小不等、形状不一的黑点,就是我们熟悉的太阳“黑子”。在太阳表面,黑子像一个不规则的洞,充分发展的黑子是由中心较暗的本影和周围较亮的半影构成的,它比光球低约 500 公里。温度比光球低,只有 4500℃。黑子往往成对成群出现,黑子群几乎全都呈椭圆形。有的年份黑子出现得多,有的年份出现得少,通过长期观测和对观测资料的分析,发现黑子数的变化平均有 11 年左右的周期,人们把 11 年周期称为“太阳活动周”或“黑子周”。在一个太阳活动周里,黑子数升到最高的年份叫做“太阳活动峰年”(极大年);黑子数降到最低的年份,称为“太阳宁静年”(极小年)。至于太阳黑子的成因,现在还不能确知,但是黑子与强大的磁场有关系,磁力现象一定与黑子的来源有密切关系,这是没有疑义的。

在太阳东西边缘部分的黑子周围,往往可以看到亮的条纹或小块,这就是“光斑”。光斑一般环绕着黑子,与黑子有着密切的关系。同黑子有关的光斑由明亮的纤维组成;同黑子无关的光斑出现在 70 度的高纬地区,面积小,略呈圆形。

光球上面的气层是“色球”。在日全食时,当月亮挡住了太阳的光球,就可以看到太阳边缘出现一圈明亮而狭窄的玫瑰色圆环,这就是色球。色球层的厚度各处不同,平均厚度约有 2500 公里。

用色球望远镜观测太阳圆面时,可以看到太阳单色象上有一些较明亮的区域,叫做“谱斑”。谱斑是在色球层中出现的类似光斑的亮区。

最好看的要算是从色球层喷出的“日珥”了。如果把太阳比做一团熊熊燃烧的火球,那么日珥就是从火球上冒出来的火焰。日珥的形状多种多样,有的像火焰,有的像半圆环,也有的像喷泉,有时一个巨大的“气柱”升腾而起,达到几万公里甚至一百多万公里的高度,然后再落回日面,有的便脱离太阳而去。日珥比日面的亮度小得多,所以它在日面上的投影是暗黑色的。在太阳单色光照片上,像是一条婉蜒曲折的长蛇,称为“暗条”。

有时,一个亮斑点在黑子群的上空突然出现,在几分钟甚至几秒钟内,它的面积和亮度增到极大,以后又慢慢减弱以至消失,这种变化快而且比谱斑更明亮的亮斑,叫做“耀斑”,它可能是色球和日冕过渡层中的一种大气不稳定过程。耀斑的出现和黑子有密切关系,因为 95%以上的耀斑都产生在黑子群范围内。一个耀斑发出的总能量相当于 100 亿个百万吨级的氢弹爆炸的威力。当耀斑出现时,除了发出很强的无线电波外,还发射大量的紫外辐射、X 射线、γ射线,抛出高能的带电粒子。当它们到达地球时,有时会使短波无线电通讯受到干扰,产生磁暴和极光,有时也会间接地影响地球物理现象。

色球层向上是“日冕”,日冕是太阳最外层的大气,从色球层顶部一直向上延伸到几个太阳半径。日冕的光度比较暗弱,所以平时看不到,日全食时可以看到在圆轮周围有个银白色的圈,就是“日冕”。

日冕是由很稀薄的、完全电离的等离子体所组成,其中主要是质子、高速电离的离子和高速的自由电子。温度很高,高达 100 多万度。

日冕的精细结构,有冕流和极羽、冕洞、日冕凝聚区等。日冕的形状和

太阳活动有关,在太阳活动极大年,日冕接近圆形,而在太阳宁静年则比较扁。

太阳发出的能量,99%是由内部产生的。关于太阳产能的秘密,直到 20 世纪 30 年代以后,才逐渐被人们所认识。在半径约为太阳 1/4 的日核部分,集中了 1/2 的太阳质量,温度高达 1500 万度,压力为 25×1010 大气压。在那里进行着大规模的四个氢原子核(质子)聚变成一个氦原子核的热核反应。当四个氢原子核聚合成一个氦原子核的时候,我们会发现有质量的亏损,即一个氦原子核的质量比四个氢原子核的质量要少一些。这些亏损的物质则变成了光和热。产生的能量,主要以辐射形式稳定地向空间发射。

太阳是一颗平凡的恒星,它居于无数颗恒星之中,正由于这颗恒星离我们最近,人们就可以通过对太阳的仔细研究,为对遥远的恒星世界的研究提供了条件。


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