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第2章 太阳系的主角——太阳(1)

太阳的真面目

太阳与地球、月亮的最大差别就在于它是一颗能够发光的巨大恒星。

为研究方便,天文学家把太阳的大气层分成了“里三层”和“外三层”。

“里三层”从中心向外,依次是核反应区(太阳能量产生的区域)、辐射区和对流区(太阳能量的输送带);“外三层”依次为光球层、色球层和日冕层。

光球层

发出明亮耀眼的光芒的光球是人们平时看到的太阳光辉的圆面。光球并不完美,在它的上面常常出现被称为太阳黑子的黑斑。黑子经常成群结队地出现,酷似太阳大气涡旋,它们在太阳上的位置每日都在变化,据此,可以知道太阳也在自转,约27天自转一周。

光球表面上并不纯净,布满了米粒般的粒状结构,科学家形象地称它们为“米粒组织”。

色球层

色球层位于光球外层,厚约2000米,呈玫瑰色。这一层是太阳大气中最为波澜壮阔的。

首先是色球层面,它由无数细小的火舌组成,其宽度约有几百千米,高度可到6000~7000千米。远远望去,像一大片燃烧的草原。

其次是色球边缘,它常常突然急剧蹿升起一片火舌般的气柱,高度达到几万千米,甚至100多万千米,这就是日珥。

再次,色球还有耀斑,是太阳表面最“惊天动地”的爆发现象,常出现在黑子群上空的色球层中。耀斑来得凶猛,去得也迅疾,在短短的时间里,突然增亮,耀眼一片,同时释放出巨大能量,不亚于几万至几十万个氢弹爆炸的能量。

耀斑的爆发使地球磁场受到干扰,这时的指南针会失灵,称为磁爆,甚至连输电网都会遭到破坏。如果没有地球大气和地球磁场的双重保护,地球还会受到更严重的创伤。

日冕层

只有在日全食中,才能看到一片青白色的日冕光区。日冕层的温度比它的发源地——太阳表面高出许多,达到1000000益,因此日冕物质不断向外膨胀,把许多沿着太阳磁力线的粒子流不断地喷射到行星际空间,形成着名的太阳风。太阳风风速强劲,平均每秒350千米,最高的可达到每秒1000千米,这股太阳风比地球上记录的最快的风速快500多倍。太阳风每秒带走的物质也相当惊人,有1000万吨。我们平时说“太阳每天都是新的”看来是与事实相符的。

太阳风

科学家用精密仪器观测,证明太阳风可飞到太阳以外7000万千米的地方,可以说,太阳风不仅吹拂着最近的水星,也吹拂着金星、地球和火星,实际上还可能包括其他行星。可以说整个太阳系都在太阳大气的笼罩之内,只是越来越稀薄。它在太阳系与宇宙空间形成一道屏障,这道无形的屏障对地球的作用非同小可,它可以阻止杀伤力极强的宇宙辐射粒子长驱直入,恣意肆虐,从而使地球免遭伤害。

由此看来,如果没有太阳创造的特别环境,我们在地球上就不能生存。太阳不仅是光和能的赐予者,还是使我们免受宇宙射线袭击的保护者。

黑子、耀斑、日冕、太阳风等太阳活动丰富多彩,太阳的“天气”变幻莫测,对地球的气象、水文、地震等各方面都有不同程度的影响,因此,越来越多的国家不仅预报地球天气,还非常重视太阳“天气”的预报,因为两者确实有着千丝万缕的联系。

太阳系的起源

太阳同人的关系太密切了,两个世纪来,太阳的起源假说已经有40种之多,但其中影响比较大的,主要有以下几种。

灾变学说这个学说是法国的布封首先提出的。这个学说认为太阳是最先形成的,然后在一个偶然的机会中,一颗恒星(或彗星)从太阳附近经过(或撞到太阳上),它把太阳上的物质吸引出(或撞出)一部分。

这部分物质后来就形成了行星。根据这个学说,行星物质和太阳物质应源于一体,它们有“血缘”关系,或者说太阳和行星是母子关系。他们都把太阳系的起源归结为一次偶然的撞击事件,而不是从演化的必然规律去进行客观的探讨。由于银河系中行星系是普遍存在的,太阳系绝不是唯一的行星系,只有从演化的角度去探求才具有普遍意义。就撞击来说,小天体如果撞击到太阳上,它的质量太小,不可能把太阳上的物质撞出来,反而会被太阳吞噬掉。1994年彗星撞击木星就是强有力的例证。21块彗核对木星发起连续的攻击,但在木星表面仅引起了一点小小的涟漪,如果说恒星与太阳相撞,这种几率就更小了。因此,曾提出灾变学说的一些人,后来也自动放弃了原有的观点。

星云说

这种观点的首创者是德国伟大的哲学家康德。几十年以后,法国着名数学家拉普拉斯又独立地提出了这一问题。他们认为,整个太阳系的物质都是由同一个原始星云形成的,星云的中心部分形成了太阳,外围部分形成了行星。然而,康德和拉普拉斯在这个问题上也存在着分歧,康德认为太阳系由冷的尘埃星云进化演变而成,先形成太阳,后形成行星。拉普拉斯则相反,认为原始星云是气态的,且十分灼热,因其迅速旋转,先分离成圆环,圆环凝聚后形成行星,太阳的形成要比行星晚些。

尽管他们之间有这样大的差别,但是大前提是一致的,因此人们把他们捏在一起,将这种观点称为“康德·拉普拉斯假说”。

俘获学说

这个学说认为太阳在星际空间运动中,遇到了一团星际物质,太阳靠自身的引力把这团星际物质捕获了。后来,这些物质在太阳引力的作用下开始加速运动,就像在雪地里滚雪球一样,由小变大,逐渐形成了行星。

尽管各种假说都有充分的观测结果为依据和理论根据,但也都有致命的不足,所以迄今为止仍然没有一种假说被普遍接受。

太阳对流层和辐射层

太阳对流层是太阳内层的最外层,是太阳内部的组成区域之一,它将能量以对流形式传出。那么对流层是如何形成的?为什么会如此强烈呢?原因在于辐射区的外围温度下降得很快,特质的透明度从而也就降低了,再加上太阳表面的辐射损失变大,使得上下温差也随之变大,这就形成了以湍流为主的强烈对流层。对流层靠近太阳表面光球层,厚约15万千米,内温度高达1伊106益。

几乎完全不透明的对流层以对流的方式使辐射传来的能量在高热气团的作用下来到表面,与此同时表面较冷气团则会下沉。辐射层处于对流层下方,从核心向外到半径75%的区域称为辐射层,它是太阳内部的组成区域之一,同时也是向外传输能量的区域。来自核心的酌射线与X射线光子,通过不断地与辐射层内的特质粒子相碰撞,被物质粒子吸收后再辐射,最后便以可见光的形式传到太阳表面,辐射到四面八方。辐射区内,光子平均走1厘米就与物质粒子相碰撞一次,由此可见,它需要很长的时间才能到达太阳表面,有90%以上的太阳物质都在辐射层内。

太阳的假象

中国有“后羿射日”的古老神话。但天空中出现多个太阳,却是有人亲眼见到的。

1933年8月24日上午9时45分,在我国四川省峨眉山的上空,出现了一种奇异的景象,在太阳的左面和右面,各出现一个太阳。

1934年1月22日和23日,上午11时至下午4时,古城西安的人们目睹了3个太阳并排存在于天空的奇景。

1965年5月7日下午4时25分和6月2日凌晨6时,在南京浦口盘城集的上空,接连两次出现了这种几个太阳并行于天的景观。

1981年4月18日清晨,海南岛东方板桥的人还碰到过5个太阳同时悬在天际的胜景。

看来,这种现象是时有发生的。

据史料记载,1156年,意大利的米兰上空,太阳周围出现了3个彩环,连续数小时闪闪发光,在光环消失之后,天上出现了3个太阳。

那么,这些现象是怎么产生的呢?太阳系中有几个不同的太阳吗?当然不是,太阳独一的地位是不容置疑的。

随着科学的进步,自然现象之谜也随之解开了。

在离地面6~8千米的空气中,无论冬夏都是寒冷的,这里有大量的冰晶体。它们有着不同的形状,最为常见的是六角形小柱或薄片,它们随着大气上下翻腾。当阳光照射到这些小冰晶上时,就会被折射或者反射出去。由于阳光被折射后偏折出不同角度的光,就会在太阳周围绕成美丽的光环——晕。

彼得堡学者洛维茨在1970年夏季的一次观测中发现,在太阳的周围有两个光圈,一个大,一个小。在它们的上面和下面各有一个光亮的半弧,犹如宽大的牛角与光圈上下相连。一条与地平线平行的白色光带穿过太阳和虹彩光圈,环绕看蓝天。在白色长带下小光圈交叉的地方有两个幻日光彩夺目。幻日在它朝向太阳的一侧呈红色;而背离太阳的一侧则伸展着很长的发光的尾部。在白色长带上对着太阳的地方能看见3个同样的光斑。在太阳上面的小圆环上闪烁着六个耀眼的斑点。所有这一切在天空中整整持续了5个小时。

看来,多个太阳的出现是由于六角形冰晶的缘故,只有一个是真正的太阳,其余的是太阳的孪生幻象,是冒牌的“假太阳”。

“十字架”之谜

还有一种情况也曾让人惊骇不已。在白日将尽时,一个闪闪发光的十字架神秘而清晰地出现在天空中。这样的天象,现在应该不难理解。这是因为我们往往只看到太阳垂直光环的一部分,穿过太阳的水平光环也只看到一部分,两环相交部分位于太阳两侧,不就仿佛形成十字架了吗?在太阳下山以后,冰晶薄片也参加了这场游戏,它们反射已经在地平线以下的太阳光,于是一条灿烂的光柱便从地平线直指天空,光柱与垂直环的上部相交,在昏暗的天空中就产生了巨大的“十字架”。如果这时落霞万丈,那不就像一柄寒光闪闪的利剑吗?

变幻莫测的自然现象,在科学面前终于显现出真实的面目。受过良好训练的专业人员,每年可看见数十次晕,但复杂多彩的晕是十分罕见的。所以,平常人们听见这种太阳奇景,自然感觉到迷惑不解而又十分稀奇。

绕太阳运行的神秘天体在茫茫宇宙中,飞行已久,一直在为人类辛勤工作的“先锋10号宇宙探测器”给人类带来了一个大惊喜:一个新的神秘天体正在绕日运行着。这是天文学界一个新突破。

观测者们虽然还没有见到这一天体,但他们坚信它的存在,因为“先锋10号”的轨道因它而发生了变化!

如果这一发现属实,那它将成为因重力这一唯一原因而被发现的太阳系中的第二颗行星。第一次是1846年海王星的发现:

科学家在1787年发现了天王星,后因发现天王星的轨道十分异常,从而发现了对其具有引力的海王星。

这颗神秘的新星是由英美天文学家组成的小组发现的,它极有可能就是所谓的“Kuiper带”天体。而“先锋10号”的轨道数据则来自于国家宇航局“深度空间”网络,一系列大型射电望远镜构成了这一网络,其主要目的是为了观测太空深远处的情况。

早在1992年12月8日,那时“先锋10号”已飞离地球84亿千米,该天文小组就敏锐地发现探测器的飞行轨道出现偏差,他们一直积极地在研究这一现象,希望找出原因。直到最近,在经过多种方法分析研究“先锋10号”发回的数据后,他们才肯定了自己的推论:新成员加入了太阳系。

在近几个星期中,他们力图计算出此天体可能达到的最远距离以及具体位置。他们初步预计,此天体是在猛然撞上一大行星后而被抛到太阳系边际的。

该天文小组的一位英国博士称:“我们对这一发现欣喜若狂,它真是天文学上一个极好的标志性事件!”

据称,这一天体可能是在无穷无尽的宇宙中已知的数百个围绕太阳运行的天体中的一个,它们远在冥王星之外,并大都由冰及岩石构成。这些天体在行星大家族中辈分很小,直径仅有几百千米,但天文学家坚信,有几百万个这种小行星在围绕太阳运行,并形成一条庞大的“星带”。

1972年3月,“先锋10号”被成功地发射升空,它是第一个要穿过火星及木星间小行星带,飞向遥远太空的探测器。但对于它是否能安全闯过这一地段,科学家们便无从所知。

“先锋10号”也是第一个到达气体行星——木星的探测器。随后,它又成功飞离太阳的行星系统。虽然它还未进入星际领域,但这已开了太空探测器的先河。

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