汪景琇 中國科學院院士

點擊觀看完整報告

點擊觀看視頻專輯

點擊瀏覽課件

太陽光芒萬丈，它以無盡的熱量，孕育了太陽系，包括地球上智慧的人類。自古以來，人們對太陽的好奇、崇拜以及探索就沒有間斷過。人類最古老的歌頌太陽的詩歌是古埃及的《亡靈書》。在我們國家歌頌太陽的古代詩歌當中，我最喜歡屈原的《九歌·東君》：

暾將出兮東方，照吾檻兮扶桑。

撫余馬兮安驅(qū)，夜晈晈兮既明。

駕龍辀兮乘雷，載云旗兮委蛇。

長太息兮將上，心低徊兮顧懷。

羌聲色兮娛人，觀者憺兮忘歸。

……

屈原的《九歌·東君》寫得很人性化，他說太陽將從東方升起來了，照耀我的田園和家鄉(xiāng)。我驅(qū)馬慢慢地前行，夜色皎皎，天就要亮了。然后突然一轉(zhuǎn)，說駕著萬軍雷霆，帶著萬里云霞，太陽要升起來了。美麗的太陽升起來了，觀看日出的人流連忘返。

除了《九歌·東君》這首歌頌太陽的詩歌，屈原還在《天問》里提出了有很多關(guān)于太陽的問題：

天何所沓？十二焉分？

日月安屬？列星安陳？

出自湯谷，次于蒙汜。

自明及晦，所行幾里？

……

羲和之未揚，若華何光？

何所冬暖？何所夏寒？   

屈原問道：“日月安屬？列星安陳？”，就是日月到底掛在什么地方？像太陽這樣的恒星屬于哪兒？另外，他還問了一些很有趣的問題，比如“羲和之未揚，若華何光？”，他說給太陽趕車的車夫的鞭子還沒有揚起來，在西北的若華林上，就已經(jīng)看到了絢麗的光彩，這到底是什么原因？我大致猜想，這就是美麗的極光現(xiàn)象。因為即使在夜里，極光也會把大地照得燦如白晝。他還問道：“何所冬暖？何所夏寒？”這說明在那個時候，他已經(jīng)問到了氣候異常的原因：為什么有時候冬天是暖的、夏天卻是冷的？

那么，今天的人們對太陽是如何理解的、對上面這些問題是否仍然感興趣？美國宇航局2014年-2033年的太陽和空間物理發(fā)展路線圖的主旨，回答了是什么導致了太陽的變化，近地空間、行星際空間和日球怎樣響應這些變化，它們對人類有什么影響。另外，美國科學院有一個2013年-2022年的太陽和空間物理十年科學規(guī)劃，他們給這個規(guī)劃起了一個名字，叫作“一個技術(shù)社會的科學”。十年科學規(guī)劃的科學目標是：確定太陽活動的起源和預報空間環(huán)境的變化，認知太陽與太陽系和星際介質(zhì)的相互作用，發(fā)現(xiàn)和定量描述日球和宇宙中的基本過程……由此我們也可以看到，兩千多年前的偉大先哲所提出的問題，今天人們依然在執(zhí)著地追尋答案。

進入正題之前，我們大致了解一下太陽的相關(guān)知識。首先，太陽位于銀河系的一個小懸臂上。所以銀河系是太陽所在的母星系。太陽到銀河系中心的距離是3至4萬光年，整個銀河系的半徑大約是7.5萬光年。近年來一些新的研究發(fā)現(xiàn)，銀河系周邊還環(huán)繞著亞星系，所以實際上銀河系可能要比前面的數(shù)字大得多。

在銀河系中，太陽的“王國”是指太陽用太陽風和高能粒子，以及太陽磁場所能控制的空間。太陽風所及的地方與銀河系、星際介質(zhì)之間的邊界大約有100個AU，即100個日地距離。從太陽向外看，我們會看到水星、金星等“八大行星”和矮行星，然后是小行星帶；接著往外看，是日球?qū)舆吔纾ㄔ谔柣蛱栵L的能量與恒星風的能量可以匹敵的地方，即能量基本相等的位置，物質(zhì)和等離體堆積，形成了一個邊界層，這就是日球和太陽風的邊界層）；再往外看，是星際介質(zhì)和奧爾特云等星際介質(zhì)當中的一些結(jié)構(gòu)；另外，我們還可以看到比鄰星，比鄰星是離太陽最近的恒星，大約在4光年多的位置。有研究發(fā)現(xiàn)，比鄰星的一個行星上很可能有類地生命存在。

上圖是太陽的結(jié)構(gòu)。日核處于中間位置，這里是產(chǎn)生日核反應、驅(qū)動太陽和太陽系能量的地方。它通過兩個氫核合并為一個氦核，把多余的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量，源源不絕地為太陽提供了自己生命周期當中的所有能量。再往外是輻射區(qū)，日核產(chǎn)生的能量是通過輻射的方式向外傳播，由于太陽太厚、太重，所以輻射的能量傳播到一定距離時，就傳播不動了，就像有一面墻把它堵住了一樣，這個地方叫作對流層底。由于能量在這里積累，上邊的大氣，即30%左右的太陽大氣，被燒得沸騰起來，所以這個層次叫作“對流層”。對流層再往外就是太陽光球?qū)樱@是太陽黑子所在的地方。太陽光球再往外是溫度極小區(qū)，大約4300℃。然后是太陽色球?qū)?、太陽過渡區(qū)、日冕（日冕的溫度是200萬℃）。在日冕里有很劇烈的活動現(xiàn)象，比如耀斑；在日冕中還有一些暗冷的物質(zhì)，就叫作“日珥”，是很美麗的現(xiàn)象。以上這些太陽結(jié)構(gòu)，大多數(shù)在近代以前大家都已經(jīng)知道了。近代以來，人們又有了一些新發(fā)現(xiàn)，比如：人們發(fā)現(xiàn)在對流層底有一個旋切層，此處在太陽旋轉(zhuǎn)時有非常大的梯度，即上下兩層之間的梯度非常大，所以大家認為這里是太陽磁場所產(chǎn)生的溫床。

天文觀測是用光譜學的方法。我們是通過從伽瑪射線（波長為10-18米）、X射線、紫外線，到可見光、紅外線，以及射電波段等的光譜研究，來了解我們的世界、了解我們的宇宙的，對太陽的研究也不例外。目前，對太陽的研究基本覆蓋了從伽瑪射線到射電波段的全波段。在宇宙對象當中，太陽幾乎是唯一一個覆蓋全波段觀測的天體對象。另外，活動星系核也是覆蓋了很多的波段；對一些天體對象，我們只能在局部波段觀測到它們。