汪景琇 中國(guó)科學(xué)院院士

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太陽(yáng)光芒萬(wàn)丈，它以無(wú)盡的熱量，孕育了太陽(yáng)系，包括地球上智慧的人類。自古以來(lái)，人們對(duì)太陽(yáng)的好奇、崇拜以及探索就沒(méi)有間斷過(guò)。人類最古老的歌頌太陽(yáng)的詩(shī)歌是古埃及的《亡靈書》。在我們國(guó)家歌頌太陽(yáng)的古代詩(shī)歌當(dāng)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(zhǎng)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(shuō)太陽(yáng)將從東方升起來(lái)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(shuō)駕著萬(wàn)軍雷霆，帶著萬(wàn)里云霞，太陽(yáng)要升起來(lái)了。美麗的太陽(yáng)升起來(lái)了，觀看日出的人流連忘返。

除了《九歌·東君》這首歌頌太陽(yáng)的詩(shī)歌，屈原還在《天問(wèn)》里提出了有很多關(guān)于太陽(yáng)的問(wèn)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(yáng)，若華何光？

何所冬暖？何所夏寒？   

屈原問(wèn)道：“日月安屬？列星安陳？”，就是日月到底掛在什么地方？像太陽(yáng)這樣的恒星屬于哪兒？另外，他還問(wèn)了一些很有趣的問(wèn)題，比如“羲和之未揚(yáng)，若華何光？”，他說(shuō)給太陽(yáng)趕車的車夫的鞭子還沒(méi)有揚(yáng)起來(lái)，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?yàn)榧词乖谝估?，極光也會(huì)把大地照得燦如白晝。他還問(wèn)道：“何所冬暖？何所夏寒？”這說(shuō)明在那個(gè)時(shí)候，他已經(jīng)問(wèn)到了氣候異常的原因：為什么有時(shí)候冬天是暖的、夏天卻是冷的？

那么，今天的人們對(duì)太陽(yáng)是如何理解的、對(duì)上面這些問(wèn)題是否仍然感興趣？美國(guó)宇航局2014年-2033年的太陽(yáng)和空間物理發(fā)展路線圖的主旨，回答了是什么導(dǎo)致了太陽(yáng)的變化，近地空間、行星際空間和日球怎樣響應(yīng)這些變化，它們對(duì)人類有什么影響。另外，美國(guó)科學(xué)院有一個(gè)2013年-2022年的太陽(yáng)和空間物理十年科學(xué)規(guī)劃，他們給這個(gè)規(guī)劃起了一個(gè)名字，叫作“一個(gè)技術(shù)社會(huì)的科學(xué)”。十年科學(xué)規(guī)劃的科學(xué)目標(biāo)是：確定太陽(yáng)活動(dòng)的起源和預(yù)報(bào)空間環(huán)境的變化，認(rèn)知太陽(yáng)與太陽(yáng)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(guò)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(wèn)題，今天人們依然在執(zhí)著地追尋答案。

進(jìn)入正題之前，我們大致了解一下太陽(yáng)的相關(guān)知識(shí)。首先，太陽(yáng)位于銀河系的一個(gè)小懸臂上。所以銀河系是太陽(yáng)所在的母星系。太陽(yáng)到銀河系中心的距離是3至4萬(wàn)光年，整個(gè)銀河系的半徑大約是7.5萬(wàn)光年。近年來(lái)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(shí)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(yáng)的“王國(guó)”是指太陽(yáng)用太陽(yáng)風(fēng)和高能粒子，以及太陽(yáng)磁場(chǎng)所能控制的空間。太陽(yáng)風(fēng)所及的地方與銀河系、星際介質(zhì)之間的邊界大約有100個(gè)AU，即100個(gè)日地距離。從太陽(yáng)向外看，我們會(huì)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?yáng)或太陽(yáng)風(fēng)的能量與恒星風(fēng)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(gè)邊界層，這就是日球和太陽(yáng)風(fēng)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(dāng)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(yáng)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(gè)行星上很可能有類地生命存在。

上圖是太陽(yáng)的結(jié)構(gòu)。日核處于中間位置，這里是產(chǎn)生日核反應(yīng)、驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)和太陽(yáng)系能量的地方。它通過(guò)兩個(gè)氫核合并為一個(gè)氦核，把多余的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量，源源不絕地為太陽(yáng)提供了自己生命周期當(dāng)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(guò)輻射的方式向外傳播，由于太陽(yáng)太厚、太重，所以輻射的能量傳播到一定距離時(shí)，就傳播不動(dòng)了，就像有一面墻把它堵住了一樣，這個(gè)地方叫作對(duì)流層底。由于能量在這里積累，上邊的大氣，即30%左右的太陽(yáng)大氣，被燒得沸騰起來(lái)，所以這個(gè)層次叫作“對(duì)流層”。對(duì)流層再往外就是太陽(yáng)光球?qū)樱@是太陽(yáng)黑子所在的地方。太陽(yáng)光球再往外是溫度極小區(qū)，大約4300℃。然后是太陽(yáng)色球?qū)?、太?yáng)過(guò)渡區(qū)、日冕（日冕的溫度是200萬(wàn)℃）。在日冕里有很劇烈的活動(dòng)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(yáng)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(lái)，人們又有了一些新發(fā)現(xiàn)，比如：人們發(fā)現(xiàn)在對(duì)流層底有一個(gè)旋切層，此處在太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)時(shí)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(rèn)為這里是太陽(yáng)磁場(chǎng)所產(chǎn)生的溫床。

天文觀測(cè)是用光譜學(xué)的方法。我們是通過(guò)從伽瑪射線（波長(zhǎng)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(lái)了解我們的世界、了解我們的宇宙的，對(duì)太陽(yáng)的研究也不例外。目前，對(duì)太陽(yáng)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(duì)象當(dāng)中，太陽(yáng)幾乎是唯一一個(gè)覆蓋全波段觀測(cè)的天體對(duì)象。另外，活動(dòng)星系核也是覆蓋了很多的波段；對(duì)一些天體對(duì)象，我們只能在局部波段觀測(cè)到它們。