太阳探索 艰难曲折

太阳是位于太阳系中心的一颗恒星。它是一个几乎完美的炙热等离子体球，其内部对流运动以发电机发电过程产生磁场。太阳是迄今为止地球生命最重要的能量来源。太阳直径约为地球的109倍，质量约为地球的33万倍，太阳质量占太阳系总质量的99.86%。太阳质量中大約73%为氢，大约25%为氦，另有少量重元素，包括氧、碳、氖和铁。

太阳是一颗G型主序星，这是由太阳的光谱类型确定的。太阳的正规分类是一颗黄矮星。大约46亿年前，太阳由一个大分子云区域内物质的引力坍缩而形成。这些物质中的大多数聚集在太阳中心，其余分布在一个绕中心运行的圆盘中，这个圆盘变成了太阳系中除太阳之外的天体。中心物质变得温度很高而密集，最终在核心引起核聚变。所有恒星被认为都是这样形成的。

太阳差不多已进入中年，超过40亿年来它没有怎么改变过，而且也将在未来50亿年中保持相对稳定。当太阳核心的氢聚变减少到不足以维持流体静力学平衡时，太阳核心的密度和温度将显著增加，太阳外层将膨胀，变成红矮星。计算表明，太阳最终会变得足够大，以至于会吞没现在的水星和金星轨道，并且让地球变得不可居住。

太阳对地球的巨大影响自古以来就被认识到，有些文化把太阳视为神灵。地球的自转和围绕太阳的公转是太阳历的基础，而太阳历（公历）是今天使用最广的日历。

太阳探索历程

人类对太阳的最基本理解是，太阳是天空中的一个发光圆盘，它在地平线上的出现造成白天，它的消失则造成夜晚。在许多古文化例如古埃及文化、南美洲印加文化和墨西哥的阿兹特克文化中，太阳被视为神灵。在今天的印度教中，太阳依然被视为神灵。许多古代纪念碑的建立都考虑了太阳现象。例如，用巨石阵准确标记夏至或冬至。

古埃及人刻画的神灵“拉”，在一些小神伴随下坐着太阳船在天空中驰过。对古希腊人来说，“拉”就是赫利俄斯，他坐的是火马拉的车。在罗马帝国晚期，太阳诞生日是冬至日之后不久的一个节日，它有可能是圣诞节的前身。从地球上看去，相对于天空中那些静止的星，太阳看上去每年沿着黄道面上的黄道转一圈，因此古希腊天文学家把太阳归类为7颗行星之一。用7颗行星的名字来命名一周当中的7天，可追溯到罗马帝国时期。

到了公元前1000年初，巴比伦天文学家观察到太阳沿黄道的运动并不规则，但他们并不知道原因。现在已经清楚，这是由于地球在一个椭圆轨道中环绕太阳，在近日点地球运行较快，而在远日点地球运动较慢。

最先对太阳给出科学或哲学解释的人之一，是古希腊哲学家阿那克萨哥拉。他认为，太阳并不是赫利俄斯的马车，而是一颗燃烧的巨大金属球，它比伯罗奔尼撒半岛还大，月球则会反射太阳的光芒。由于传播这一“邪说”，他被当局关押和判处死刑。幸亏古雅典政治家伯利克里出面干预，他后来才被释放。公元前3世纪，古希腊天文学家埃拉托色尼估计了地球与太阳之间距离，换算为今天所说的0.99～1.02天文单位，可以说已经很准确，很了不起。

行星绕着太阳转的理论，最先是由古希腊人阿利斯塔克在公元前3世纪提出的。16世纪，哥白尼发展出了日心说的详尽数学模型。汉朝时期，中国天文学家观测并记录了太阳黑子。12世纪，西方人对太阳黑子进行了描述。17世纪初，望远镜发明，伽利略等科学家对太阳黑子进行了详细观测。伽利略认为，太阳黑子出现在太阳表面，而不是地球和太阳之间的物体。

古阿拉伯人在对太阳的科学观测方面也颇有建树。从对1032年一次金星凌日（金星从太阳正面经过）事件的观测中，波斯天文学家阿维森纳断言金星比太阳距离地球更近。1672年，意大利天文学家卡西尼等人确定了地球与火星之间的距离，从而准确算出了地球与太阳之间的距离。

1666年，英国科学巨匠牛顿用棱镜观察太阳光，发现太阳光是由多种颜色的光组成的。1800年，英国天文学家赫歇尔发现了太阳光谱中的红外辐射。19世纪，对太阳的光谱学研究方兴未艾。在现代科学时期之初，太阳能量的来源是一大奥秘。英国科学家开尔文提出，太阳是一个逐渐冷却的液态天体，向外辐射内部储存的热量。开尔文和德国科学家亥姆霍兹接着提出了一种引力压缩机制，解释太阳的能量输出，但由此估计的太阳年龄仅为2000万年，这与当时一些地质学发现所暗示的太阳年龄——至少3亿年相比过小。1890年，英国科学家洛克伊尔在太阳光谱中发现了氦，并且提出了有关太阳形成和演化的陨星假说。

1904年，英国科学家罗斯福德提出太阳的能量输出可能由一种内部热量源维持，而放射性衰减正是这个源头。然而，真正为确立太阳能量输出源头提供重要线索的人是科学巨擘爱因斯坦。英国的爱丁顿爵士1920年提出，太阳核心的压力和温度可能会产生一种核聚变反应，它把氢（质子）聚变成氦核，通过质量改变产生能量。1925年，科学家运用离子化理论证实了太阳上有大量氢。20世纪30年代，聚变理论框架由德国科学家贝特与一位印度科学家提出。贝特算出了驱动太阳的两大主要产能核反应细节。1957年，多位美国科学家证明，宇宙中大多数元素是由恒星内部的核反应合成的，其中一些恒星与太阳类似。

太阳探测任务

首批设计用于观测太阳的人造卫星，是美国宇航局在1959～1968年之间发射的“先锋”5、6、7、8、9号。它们在地球轨道中环绕太阳，对太阳风和太阳磁场进行了首批详细测量。“先锋9号”的运作期尤其长，直到1983年5月它依然在传输数据。endprint

20世纪70年代，两艘“赫利俄斯”（太阳神）飞行器和“天空实验室”空间站上的“阿波罗号望远镜”，为科学家提供了有关太阳风和日冕的新数据。“赫利俄斯”1、2号是美国和德国合作项目，飞行器在水星轨道中的近日点观测太阳风。“天空实验室”由美国宇航局在1973年发射，其上包括一个太阳观测舱——“阿波罗号望远镜”，由住在这一空间站上的宇航员操控。“天空实验室”对太阳过渡层和来自日冕的紫外发射进行了持续观测，取得了一系列发现，其中包括日冕物质抛射和冕洞。现在知道，冕洞与太阳风密切相关。

1980年，美国宇航局发射“太阳峰年”卫星。这艘飞行器的设计目的，是在一次太阳活动和太阳亮度高峰期间观测来自于太阳耀斑的伽马射线、X射线和紫外辐射。然而，就在发射前几个月，一个电器故障导致“太阳峰年”进入待机状态，这让它在接下来的3年中不工作。1984年，“挑战者号”航天飞机在一次任务中回收了这颗卫星，在修复它的故障后，重新把它送回轨道。在拍摄了日冕的上万幅图像后，“太阳峰年”于1989年重入地球大气层。

日本1991年发射“阳光号”人造卫星，在X线波长观测太阳耀斑。它获得的数据让科学家辨识了多种不同的耀斑，并且发现远离太阳峰活动区域的日冕比科学家之前预计的要活跃得多。“阳光号”观测了一个完整的太阳周期，但2001年的一次日环食导致它失去对太阳的对准，进入待机模式。2005年，“阳光号”在重入大气层时被毁。

迄今为止，最重要的太阳观测任务之一是“太阳及日球层天文台”（简称SOHO）。SOHO由欧洲空间局和美国宇航局联合建造，在1995年12月2日发射升空。它的原定任务期为两年，但2009年10月美欧双方同意把它的任务期延长到2012年。正由于SOHO的贡献很大，它的后续任务——“太阳动力学天文台”（简称SDO）于2010年1月发射。在地球和太阳之间的拉格朗日点（两者的引力在这里相等），SOHO自升空以来在许多波长持续观测太阳。除了直接观测太阳之外，SOHO还协助发现了1000多颗彗星，其中多数是经过太阳的微型掠日彗星。

所有这些飞行器都是从黄道面观测太阳，因此只能观测太阳赤道地区的细节。美国宇航局1990年发射的“尤利西斯号”探测器，旨在观测太阳两级地区。它首先飞到木星，被木星引力弹射到一個轨道，这个轨道能把它带到黄道面以上很高的地方。“尤利西斯号”进入指定轨道后，立即开始观测太阳高纬度地区的太阳风和磁场强度，发现高纬度地区太阳风的移动速度大约为每秒750千米，比预计值低。它还发现，大型磁波从太阳高纬度地区浮现，散射星系际宇宙射线。

通过光谱学研究，科学家已经很清楚太阳光球层的元素丰度，但他们对太阳内部组成了解不多。美国宇航局设想了一项太阳风取样任务——“起源号”，希望能让科学家直接测量太阳物质组成。不过，该任务至今依然是未知数。2006年10月，美国宇航局发射“日地关系天文台”：两艘相同的飞行器被发射进地球轨道，其中一艘在地球前面，另一艘在地球后面，能拍摄太阳和太阳现象（例如日冕物质抛射）的立体照片。

印度太空研究组织计划在2017～2018年发射100千克重的“阿迪提亚”卫星，它的主要仪器是一台用于研究日冕动力学的日冕仪。endprint