于1995年12月2日发射升空的“太阳及日光层天体探测”卫星（Soho）朝着太阳中心作了一次令人惊异的旅行。太阳黑点下究竟蕴藏着什么？为什么围绕着太阳的日冕之内层温度远比其表面高？太阳风是怎么形成的？太阳磁场是一种什么现象？这些是人们想通过Soho号卫星收集到的最新资料来加以解决的问题。

揭开太阳的面纱

欧洲人研制的太阳探测器——Soho号卫星配备着极为完备的测量仪。科学家们通过先进的卫星得以探查太阳内部最深处，太阳黑子底下的秘密将被人类揭开。

对太阳作深入细致探测已经开始。为推断出太阳内部究竟发生着什么，天文学家们一直对太阳表面作耐心的观察。尽管早在本世纪30年代一些天文理论家发现了太阳发光的物理过程,但是人类当时不可能在太阳“着陆”，更不能深入太阳内部作详尽的探查。然而今天人类首次利用Soho（Solar and Heliospheric Observatory的缩写）探测卫星向太阳中心作了令人惊奇的旅行。1996年3月以来，由于对以往积累的资料进行了不间断的分析，天文学家冲破了太阳大火炉的外层遮挡，对太阳作了三维景象探测。从此以后，人类可以触及如太阳黑子等太阳表面一些人眼可见的结构的深处。

一方面太阳构成了整个恒星演化结构的基础，充当着为所有其它星体进行分类和描绘其演化的一个“原基”。另一方面，太阳是一个真实的物理实验室，它拥有地球上不可能再创造出来的自然条件，这就越发促使人类去探究太阳物质的秘密。

进入太阳内部决定性的第一步的是由安装在Soho号卫星上的日震仪——MDI成像系统完成的，该系统用来探测太阳表面无数个点处的震动。通过观测太阳表面由太阳物质沸腾引起的声波传播，人们有可能知道这些声波渗透太阳内层的速度，从而推断出太阳内层的自然状况。

天文学家采用这种方法，第一次目睹了太阳黑子底下所发生的一切、太阳黑子是太阳表面最黑暗的部分，因为该部分的温度要比其周围环境的温度低大约l,000 K,伽利略早在1611年就观察到此现象。黑子的体积比地球的体积大得多。黑子出现之处就是磁场磁力极强之点（约比太阳磁场磁力平均强度大1,000倍）。法国奥赛尔的空间天体物理研究所的弗里德里克 • 博丹（Frédéric Baudin）指出：“我们利用日震仪精确的测量结果，看到了一个深陷在太阳表面下至少24,000千米处的太阳黑子。”

这种在太阳表面下的测量促使天体物理学家作某些预见性的工作。空间天体物理研究所的阿兰 • 加布里埃尔（Alan Gabriel）说：“如果我们观测得适当，就能够预见到黑子的形成。因为我们能通过连续出现的磁场辨认出有一个区域较冷。”

黑子出现在光球上，即出现在厚度为20万千米的表层。因为其间的热（气体）物质倾向于向上流动，再缓慢变冷后下降，我们称该表层为对流层。至少这是我们曾经预见的形态，也是MDI成像系统第一次展示的。在20万千米宽的那部分区域，日震仪已探测太阳达7,000千米深处，最终得到一张温度和物质运动图，对流运动就这样第一次展示给人类。

探测的不确定性

在6,000千米深处以外，尤其是在天文学家特别感兴趣的太阳表面下20万千米的对流区界内所作的日震探查有很大的不确定性。太阳表面下20万千米处是辐射区的边缘。太阳中心发出的能量不是产生于物质运动，而是产生于辐射运动，也就是说光子的作用使太阳中心能量增大。辐射区与对流区之间的过渡区的状况目前对人类来说还像谜一般。对这个过渡区的研究不仅可以了解太阳磁场产生之源，而且还可以了解是太阳自转的情况。Soho号卫星在地面的GOLF仪器已得到一个令人惊奇的测量结果，即发现：当对流层有差转动（即天赤道转动较快，两极转动较缓）时，由气体形成的对流区呈一个大块固态形态转动；这两种转动模式之间的运动模式是“速度渐变转动”；这个“速度渐变”区的厚度不到35,000千米，它接收5%的太阳射线。巴黎默顿天文台的让 • 保罗 • 扎恩（Jean-Paul Zahn）明确提出：“这个区太像一把大剪刀；水平紊流阻挡了上层差转动向辐射区扩散。太阳两极的磁场磁力线能使辐射区固定，推动辐射区像固体一样转动。”但是在上述情况下，既然最里面的磁场磁力线能推动气体缓慢转动，那么最外面的磁场磁力线则会传送出高速转动的力，于是就出现了差转动现象。让 • 保罗 • 扎恩得出这样的结论：“我们应该想象磁场磁力线被在辐射区表面一小块区域里作缓慢速度变动的物质紧束住，这样辐射区就被固定住。”

太阳中心究竟有什么

太阳是一个庞大的发光发热的气球，然而这种光的发出意味着太阳这个星体本身的能量的损耗。实际上，太阳*由于自身的重量的缘故而趋于收缩。在万有引力的作用下，太阳气体的原子被压缩且被引向太阳中心。由于气体微粒（电子和原子核）作热扰动，太阳万有引力的作用与太阳电磁力的作用互相对立。太阳电磁力也被称作内部压力，它的能量甚至比太阳高温的能量更大。这表明，电子因热的作用而増大，最终脱离原子核到太阳内部去自由运行。

组成太阳中心的物质支撑着周围全部的重量。结果是：中心物质受压缩，其密度竟达到151.3克/立方厘米，粒子在相间极为接近的条件下作扰动，它们之间有时要互撞。一旦这种情况发生，两个粒子的核会结合起来形成一体，此时该合体的重量比原来两个个体重量之和轻。失去的那部分物质已经转换成光子和中子形态的能量而被释放。永久性地产生能量的太阳及其它星体与极其稳定的核反应堆相似，在太阳核那里发生的就是热核聚变反应。在这个半径达25万千米的气球的中心温度高达1500万摄氏度；远离中心的气球外围的温度也要高达600万摄氏度，那里的物质密度只有10克/立方厘米。不过这已经够大的了，因为太阳核发出的光子无疑能开辟一条路来。

在密度较大的介质中，光子带着能量朝外层传播。该辐射能量一直要迁移到太阳表面下20万千米深处。从太阳核（辐射区最中心部分）到此处光子的温度和密度逐渐分别降至摄氏200万度和0.15克/立方厘米。随着光子远离太阳核，它们与介质的相互作用愈来愈小，最后以长波的波长辐射。光子在辐射过程中被γ射线吸收，而后又以可见光和红外线的形态穿越辐射区。当光子达到辐射区外层时，它们反弹到自由电子上，然后又让被原子核约束住的电子吸收。于是出现了因整个太阳周围较低密度的气体的存在，光子与电子重合的反常现象。太阳物质的迁移引起能量増大。柱状的热气体一直上升到太阳外围，在那里热气体再变冷且又呈柱状下降，下降后的气体与光子接触后再变热，然后热气体再上升。我们称出现这种现象的20万千米厚的那一层为对流区，太阳表面或光球就是对流区的外部界限。太阳对流区的压力是地球大气层压力的千分之一，该区的温度在摄氏5,800度上下。对流区的光子自由逸出，转移到太空，照亮地球。

光球外围是厚度达2,000千米的色球层和目前还未确定其界限的日冕，它们都是较小密度的介质，其中起主要作用的是太阳磁场。日冕的温度一直要上升到摄氏100万度以上。

太阳磁场的作用

太阳风和使日冕变热的太阳能这两个重要宇宙现象的产生，主要是因为有太阳磁场作用的缘故。至今天文学家对太阳风和太阳能仍感到疑惑，也许Soho号观测卫星的测量结果可望对该两个神秘的宇宙现象作出解释。

太阳对地球的影响很有可能被我们低估了。现在还很难说究竟是不是太阳这个星体送给我们地球的光流与粒子流引起地球气候变化不定。但是自从有了Soho号观测卫星，人类能够作极短期的“太阳气象”预报。天文学家通过直接观测，提前数日预报太阳火山喷发将对地球产生的效应。然而，目前还没有可能预测太阳火山喷发的具体日期。

不过，研究人员已经知道太阳火山喷发现象的成因是太阳表面上层厚度达2,000千米的色球内和数千千米厚的日冕中出现的磁力作用。太阳磁场引起的火山喷发毫无疑问地影响着太阳周围环境，而且太阳磁场的磁力作用任何时候都存在。太阳磁场会引起太阳的卫星偏离其轨道，太阳磁场还会干扰人类无线电通讯，造成地球高纬度的北极地区电力中断，迫使宇航员在太空采取防护措施以免受到由磁场作用引起的宇宙射线之危害。太阳物理学研究领域目前有两大课题，即日冕发热的物理过程和太阳风加速的物理过程。阐明太阳磁场的作用是解释日冕发热和太阳风加速这两大现象的关键。为此，天文学家对太阳邻近环境进行了不懈的研究，近几年来其进展神速。

太阳风风速为每秒700千米

尽管磁场再连接有使日冕发热的迹象，但疑问依然存在。早在本世纪70年代就有科学家构想出比磁场重新连接物理过程更完善的可使日冕内能消散的阿尔夫芬（Alfvén）波传播的物理过程。阿尔夫芬波使得太阳表面的米粒* 沸腾。米粒沸腾引起的紊流震动了向日冕移动的磁场的磁力线，磁场磁力线经过阿尔夫芬波，磁力线与阿尔夫芬波相互作用，不断地给日冕带来热能。

这些波与太阳物理学的另一个大问题——太阳风的成因相关联。空间天体物理研究所Soho资料负责人J，C • 维亚尔（J. C. Vial）认为：“太阳不是一颗十分巨大的恒星，它引发的光子压造成物质以太阳风的形式流失。然而，这种电离子风（或等离子风）确实存在，且风力极强。日冕口上方的风速达到每秒700千米；太阳活动区上方则达到每秒350千米。维亚尔明确指出：“Soho号卫星的SUMER探测仪对日冕口所作的测量表明，在超米粒组织边缘的太阳物质上升速度是最高的，这就意味着高速上升的太阳物质是太阳风的来源。”在这一点上，与光球在同一个水平面上的磁场碰撞引起的阿尔夫芬波会使太阳风加速。

如果太阳风是由连续粒子束组成，则偶尔也会发生太阳突然喷发出大量物质的现象。例如，位于太阳黑点之间的强大磁场大磁环上方往往会有太阳火山喷发。

磁力线的断裂引起大量粒子加速运动

1997年11月6日，Soho号卫星探测到了物质云放出。卫星上的仪器已经记录了一次大强度太阳火山喷发后所伴随的X光线和紫外线。在不到一小时以后，IASCO日冕仪接收到了大量的粒子，同时它又记录到了4天以后在太空出现的物质云。这种观察可以使人们想到人类很有可能对粒子云会到达地球现象作出预报，只要探测到大量传播的由太阳火山喷发引起的X光和紫外线。然而，实际情景要比想象得复杂。因为，太阳上偶尔也会有大量的比太阳火山喷发出的物质更高级的物质，这种物质不是由某一次太阳火山喷发的产物。天文学家称这种现象为“日冕块喷发”。日冕块喷发与日珥现象有关，具有与太阳火山喷发相同的物理过程。日冕块一般出现在太阳大气层更高处，偶尔会有日冕块喷发后紧跟着一次太阳火山喷发。但是，日冕块喷发与太阳火山喷发这两种现象并不一定是相互影响的。天体物理学家们仍未完全弄清楚这两种现象其中的物理过程。

太阳磁场会造成极地附近断电

由于有了像Soho号那样的探测卫星，人类能够提前数天预言地球磁性层（地球外围的磁场）中物质云的来临。这些以每秒2,000千米速度传播的电离子被地球磁场的强大磁力线捕获并使它们朝着地球两极集中。人们熟知的极光就是电离子与地球大气层上层的交互作用的结果，该交互作用对地球带来的负面影响是可能在极地附近地区造成断电。美国的纽约和加拿大的魁北克已分别于1972年和1989年发生过此类事件。

太阳喷出其物质的频度取决于太阳活动的周期（每12年为一个周期），这里所说的太阳实际活动周期并不完全包括太阳黑子周期。应该指出，太阳黑子活动的高峰期是在2000年，届时人们应留心太阳狂风袭来。当太阳活动强度减弱时，太阳火山喷发势头也就变小。在太阳活动静周期，银河系中所有恒星发出宇宙射线由于受太阳风阻挡程度低而极容易传播到地球。巴黎默顿天文台的皮耶尔 • 兰托斯（Pierre Lantos）指出“这种情况对地球气候会造成周期性的影响。在两个太阳活动周期之间，我们实际上已观察到穿透到大气层中的宇宙射线造成了全球云层很大程度的变薄，从而导致地球表面温度略降。”关于太阳活动周期这个研究领域仍有着许多假设。这位天文学家还指出：“根据对由宇宙射线产生的铍10的测量结果和对南极洲冰层岩心温度的测量结果，我们还不能说明太阳活动水平与地球平均温度之间有关联。地球局部气候略有变化是有可能的，但不是在全球范围内发生。”

如果说宇宙射线对地球气候没有显著影响，那么它们对人类的健康是否有影响呢？我们如何来解释日益增多的癌症现象呢？兰托斯的回答是：“人类健康问题与地面无关。从2000年5月份开始人类要预防来自天空的危害。所有乘航空器的人们都应估算自己受宇宙射线的程度须保持在每年千分之20西韦特单位以内。令人欣慰的是，某人若每天作一次飞越大西洋的往返旅行，他一年内也只接受千分之16西韦特单位的宇宙射线。相比之下，宇航员每年则要接受0.5西韦特单位的宇宙射线。”

地球磁性层和大气层对地球起到了一种很好的防宇宙射线层的作用，使得地球免遭太阳和宇宙的“侵犯”。不过，人类还是不能因为地球有了保护层而忽略了太阳这个天体对地球带来的危害。

[Science & Vie，1999年6月]

________________________

* 对流层的基本物质单位是3万千米直径的超米粒；1千千米直径的称为米粒，它们仅存在10分钟，中米粒直径为8千千米。