太陽探索 艱難曲折

太陽是位于太陽系中心的一顆恒星。它是一個幾乎完美的炙熱等離子體球，其內部對流運動以發電機發電過程產生磁場。太陽是迄今為止地球生命最重要的能量來源。太陽直徑約為地球的109倍，質量約為地球的33萬倍，太陽質量占太陽系總質量的99.86%。太陽質量中大約73%為氫，大約25%為氦，另有少量重元素，包括氧、碳、氖和鐵。

太陽是一顆G型主序星，這是由太陽的光譜類型確定的。太陽的正規分類是一顆黃矮星。大約46億年前，太陽由一個大分子云區域內物質的引力坍縮而形成。這些物質中的大多數聚集在太陽中心，其余分布在一個繞中心運行的圓盤中，這個圓盤變成了太陽系中除太陽之外的天體。中心物質變得溫度很高而密集，最終在核心引起核聚變。所有恒星被認為都是這樣形成的。

太陽差不多已進入中年，超過40億年來它沒有怎么改變過，而且也將在未來50億年中保持相對穩定。當太陽核心的氫聚變減少到不足以維持流體靜力學平衡時，太陽核心的密度和溫度將顯著增加，太陽外層將膨脹，變成紅矮星。計算表明，太陽最終會變得足夠大，以至于會吞沒現在的水星和金星軌道，并且讓地球變得不可居住。

太陽對地球的巨大影響自古以來就被認識到，有些文化把太陽視為神靈。地球的自轉和圍繞太陽的公轉是太陽歷的基礎，而太陽歷（公歷）是今天使用最廣的日歷。

太陽探索歷程

人類對太陽的最基本理解是，太陽是天空中的一個發光圓盤，它在地平線上的出現造成白天，它的消失則造成夜晚。在許多古文化例如古埃及文化、南美洲印加文化和墨西哥的阿茲特克文化中，太陽被視為神靈。在今天的印度教中，太陽依然被視為神靈。許多古代紀念碑的建立都考慮了太陽現象。例如，用巨石陣準確標記夏至或冬至。

古埃及人刻畫的神靈“拉”，在一些小神伴隨下坐著太陽船在天空中馳過。對古希臘人來說，“拉”就是赫利俄斯，他坐的是火馬拉的車。在羅馬帝國晚期，太陽誕生日是冬至日之后不久的一個節日，它有可能是圣誕節的前身。從地球上看去，相對于天空中那些靜止的星，太陽看上去每年沿著黃道面上的黃道轉一圈，因此古希臘天文學家把太陽歸類為7顆行星之一。用7顆行星的名字來命名一周當中的7天，可追溯到羅馬帝國時期。

到了公元前1000年初，巴比倫天文學家觀察到太陽沿黃道的運動并不規則，但他們并不知道原因?，F在已經清楚，這是由于地球在一個橢圓軌道中環繞太陽，在近日點地球運行較快，而在遠日點地球運動較慢。

最先對太陽給出科學或哲學解釋的人之一，是古希臘哲學家阿那克薩哥拉。他認為，太陽并不是赫利俄斯的馬車，而是一顆燃燒的巨大金屬球，它比伯羅奔尼撒半島還大，月球則會反射太陽的光芒。由于傳播這一“邪說”，他被當局關押和判處死刑。幸虧古雅典政治家伯利克里出面干預，他后來才被釋放。公元前3世紀，古希臘天文學家埃拉托色尼估計了地球與太陽之間距離，換算為今天所說的0.99～1.02天文單位，可以說已經很準確，很了不起。

行星繞著太陽轉的理論，最先是由古希臘人阿利斯塔克在公元前3世紀提出的。16世紀，哥白尼發展出了日心說的詳盡數學模型。漢朝時期，中國天文學家觀測并記錄了太陽黑子。12世紀，西方人對太陽黑子進行了描述。17世紀初，望遠鏡發明，伽利略等科學家對太陽黑子進行了詳細觀測。伽利略認為，太陽黑子出現在太陽表面，而不是地球和太陽之間的物體。

古阿拉伯人在對太陽的科學觀測方面也頗有建樹。從對1032年一次金星凌日（金星從太陽正面經過）事件的觀測中，波斯天文學家阿維森納斷言金星比太陽距離地球更近。1672年，意大利天文學家卡西尼等人確定了地球與火星之間的距離，從而準確算出了地球與太陽之間的距離。

1666年，英國科學巨匠牛頓用棱鏡觀察太陽光，發現太陽光是由多種顏色的光組成的。1800年，英國天文學家赫歇爾發現了太陽光譜中的紅外輻射。19世紀，對太陽的光譜學研究方興未艾。在現代科學時期之初，太陽能量的來源是一大奧秘。英國科學家開爾文提出，太陽是一個逐漸冷卻的液態天體，向外輻射內部儲存的熱量。開爾文和德國科學家亥姆霍茲接著提出了一種引力壓縮機制，解釋太陽的能量輸出，但由此估計的太陽年齡僅為2000萬年，這與當時一些地質學發現所暗示的太陽年齡——至少3億年相比過小。1890年，英國科學家洛克伊爾在太陽光譜中發現了氦，并且提出了有關太陽形成和演化的隕星假說。

1904年，英國科學家羅斯福德提出太陽的能量輸出可能由一種內部熱量源維持，而放射性衰減正是這個源頭。然而，真正為確立太陽能量輸出源頭提供重要線索的人是科學巨擘愛因斯坦。英國的愛丁頓爵士1920年提出，太陽核心的壓力和溫度可能會產生一種核聚變反應，它把氫（質子）聚變成氦核，通過質量改變產生能量。1925年，科學家運用離子化理論證實了太陽上有大量氫。20世紀30年代，聚變理論框架由德國科學家貝特與一位印度科學家提出。貝特算出了驅動太陽的兩大主要產能核反應細節。1957年，多位美國科學家證明，宇宙中大多數元素是由恒星內部的核反應合成的，其中一些恒星與太陽類似。

太陽探測任務

首批設計用于觀測太陽的人造衛星，是美國宇航局在1959～1968年之間發射的“先鋒”5、6、7、8、9號。它們在地球軌道中環繞太陽，對太陽風和太陽磁場進行了首批詳細測量?！跋蠕h9號”的運作期尤其長，直到1983年5月它依然在傳輸數據。endprint

20世紀70年代，兩艘“赫利俄斯”（太陽神）飛行器和“天空實驗室”空間站上的“阿波羅號望遠鏡”，為科學家提供了有關太陽風和日冕的新數據。“赫利俄斯”1、2號是美國和德國合作項目，飛行器在水星軌道中的近日點觀測太陽風?！疤炜諏嶒炇摇庇擅绹詈骄衷?973年發射，其上包括一個太陽觀測艙——“阿波羅號望遠鏡”，由住在這一空間站上的宇航員操控?！疤炜諏嶒炇摇睂μ栠^渡層和來自日冕的紫外發射進行了持續觀測，取得了一系列發現，其中包括日冕物質拋射和冕洞。現在知道，冕洞與太陽風密切相關。

1980年，美國宇航局發射“太陽峰年”衛星。這艘飛行器的設計目的，是在一次太陽活動和太陽亮度高峰期間觀測來自于太陽耀斑的伽馬射線、X射線和紫外輻射。然而，就在發射前幾個月，一個電器故障導致“太陽峰年”進入待機狀態，這讓它在接下來的3年中不工作。1984年，“挑戰者號”航天飛機在一次任務中回收了這顆衛星，在修復它的故障后，重新把它送回軌道。在拍攝了日冕的上萬幅圖像后，“太陽峰年”于1989年重入地球大氣層。

日本1991年發射“陽光號”人造衛星，在X線波長觀測太陽耀斑。它獲得的數據讓科學家辨識了多種不同的耀斑，并且發現遠離太陽峰活動區域的日冕比科學家之前預計的要活躍得多?！瓣柟馓枴庇^測了一個完整的太陽周期，但2001年的一次日環食導致它失去對太陽的對準，進入待機模式。2005年，“陽光號”在重入大氣層時被毀。

迄今為止，最重要的太陽觀測任務之一是“太陽及日球層天文臺”（簡稱SOHO）。SOHO由歐洲空間局和美國宇航局聯合建造，在1995年12月2日發射升空。它的原定任務期為兩年，但2009年10月美歐雙方同意把它的任務期延長到2012年。正由于SOHO的貢獻很大，它的后續任務——“太陽動力學天文臺”（簡稱SDO）于2010年1月發射。在地球和太陽之間的拉格朗日點（兩者的引力在這里相等），SOHO自升空以來在許多波長持續觀測太陽。除了直接觀測太陽之外，SOHO還協助發現了1000多顆彗星，其中多數是經過太陽的微型掠日彗星。

所有這些飛行器都是從黃道面觀測太陽，因此只能觀測太陽赤道地區的細節。美國宇航局1990年發射的“尤利西斯號”探測器，旨在觀測太陽兩級地區。它首先飛到木星，被木星引力彈射到一個軌道，這個軌道能把它帶到黃道面以上很高的地方?！坝壤魉固枴边M入指定軌道后，立即開始觀測太陽高緯度地區的太陽風和磁場強度，發現高緯度地區太陽風的移動速度大約為每秒750千米，比預計值低。它還發現，大型磁波從太陽高緯度地區浮現，散射星系際宇宙射線。

通過光譜學研究，科學家已經很清楚太陽光球層的元素豐度，但他們對太陽內部組成了解不多。美國宇航局設想了一項太陽風取樣任務——“起源號”，希望能讓科學家直接測量太陽物質組成。不過，該任務至今依然是未知數。2006年10月，美國宇航局發射“日地關系天文臺”：兩艘相同的飛行器被發射進地球軌道，其中一艘在地球前面，另一艘在地球后面，能拍攝太陽和太陽現象（例如日冕物質拋射）的立體照片。

印度太空研究組織計劃在2017～2018年發射100千克重的“阿迪提亞”衛星，它的主要儀器是一臺用于研究日冕動力學的日冕儀。endprint