太陽是核反應(yīng)大鍋？科學(xué)家每天24小時(shí)監(jiān)測太陽，揭示它的秘密

太陽是離我們最近的恒星。我們?nèi)祟悓μ柨梢哉f再熟悉不過了。

然而長期以來，天文學(xué)家們卻一直沒有好好地監(jiān)測過太陽。

因?yàn)樘柺且粋€(gè)沸騰的核反應(yīng)大鍋，要揭示它的內(nèi)部運(yùn)作機(jī)制，曾是一項(xiàng)不可能完成的任務(wù)。

當(dāng)然現(xiàn)在不是了，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，科學(xué)家們已經(jīng)有能力去監(jiān)測太陽了，并建立了一個(gè)宇宙探測器“艦隊(duì)”，每天24小時(shí)監(jiān)測太陽，從各個(gè)角度觀察它，預(yù)測它的下一步行動。

我們對太陽已經(jīng)有了初步的了解，太陽的秘密正在被慢慢地解開。

2017年9月6日，太陽爆發(fā)出一束紫外線和X射線。這束輻射向地球發(fā)射過來，我們稱之為太陽耀斑。

太陽耀斑的爆發(fā)

耀斑是太陽表面的巨大爆炸，同時(shí)發(fā)射出光線，并烘烤其路徑上的任何東西。我們地球基本上就處于這些來自太陽的強(qiáng)大噴發(fā)的火線上。

這次耀斑非常強(qiáng)烈，導(dǎo)致地球?qū)θ找粋?cè)的無線電信號中斷，而且非常不巧的是，在這個(gè)時(shí)候，大西洋上有颶風(fēng)向加勒比地區(qū)逼近。救災(zāi)隊(duì)伍想要去救人，然而他們之間的無線電通訊，大部分時(shí)間都中斷了。

太空天氣和地球天氣結(jié)合在一起造成了非常大的混亂。為了避免再次發(fā)生這樣糟糕的情況，科學(xué)們需要能夠預(yù)測太陽接下來會做什么。

2010年2月11日，美國國家航空航天局發(fā)射了太陽動力學(xué)觀測站，簡稱SDO。它的望遠(yuǎn)鏡可以觀測太陽表面爆發(fā)出來的耀斑。

探測器一天24小時(shí)都在觀望，在不斷地警惕著太陽表面的耀斑的情況。

通過對太陽表面不斷地觀察，科學(xué)家們了解到，太陽表面會“下雨”。這種“雨”當(dāng)然不會像地球上的雨，它不是水，而是熱的等離子體。

太陽雨

整個(gè)太陽不是由固體、液體或氣體組成，而是由一種奇怪的第四態(tài)物質(zhì)組成，即等離子體。等離子體是非常熱的氣體，由于溫度太高了，所以它失去了一些電子，變得帶電。

等離子體的奇妙之處在于，一旦它帶了電荷，就可以用磁場來引導(dǎo)它。

太陽擁有太陽系中最強(qiáng)大的磁場，在整個(gè)恒星中盤旋流動。太陽的磁場非常復(fù)雜，太陽表面有很多磁力線環(huán)。你會看到這些美麗的圓環(huán)，這些圓環(huán)也告訴你了磁場的位置。

SDO航天器拍攝的太陽降雨視頻非常令人震撼，它顯示等離子體沿著巨大的環(huán)狀磁場線流動，這些磁場線，穿透了太陽表面。

因?yàn)樘柋砻媸堑入x子體，這些磁場環(huán)從太陽表面出來，它把等離子體吸上來，然后冷卻并落下來，于是就形成等離子體雨。

2017年9月，在破壞性的颶風(fēng)中期，無線電信號中斷前幾分鐘，我們的太陽觀測員發(fā)現(xiàn)了太陽表面發(fā)生一次爆炸。

通過對這次爆炸的觀察，科學(xué)家們直觀地看到了爆炸產(chǎn)生的機(jī)制。

太陽表面的磁環(huán)非常不穩(wěn)定。平時(shí)磁環(huán)是一個(gè)圓形，這種磁通量回路有點(diǎn)像輸電的電線。當(dāng)他們獨(dú)自運(yùn)行的時(shí)候，一切相安無事。

但如果它們靠得太近，就會發(fā)生連接和短路，然后就會產(chǎn)生巨大的高能光爆炸。這種輻射改變了我們星球的大氣層，無線電波受到干擾并造成了停電。

太陽耀斑經(jīng)常發(fā)生，它們確實(shí)影響著我們，曾經(jīng)影響過我們，將來也會如此。

【日冕】

但是太陽扭曲的磁場不僅僅破壞了我們的通訊。我們看到耀斑時(shí)，我們必須密切注意，因?yàn)橛袝r(shí)候，還會有更重大的事情發(fā)生。

太陽會向整個(gè)太陽系發(fā)射巨大的等離子體云。所有這些物質(zhì)都可能會來到地球，把這里弄得一團(tuán)糟……摧毀我們的電網(wǎng)，摧毀我們的衛(wèi)星，甚至傷害在軌道上我們的宇航員。

2018年的11月5日，帕克太陽探測器在距離太陽約2400萬公里的軌道上運(yùn)行時(shí)，一團(tuán)等離子體爆炸云團(tuán)擊中了它。

帕克太陽探測器

幸好，帕克太陽探測器在設(shè)計(jì)之初就考慮到了應(yīng)對這種情況，探測器被輻射硬化了，所以它幸存了下來。“輻射硬化”是指器件能夠在輻射的環(huán)境下工作的特性。

這些等離子體爆炸云團(tuán)的來源就是太陽的日冕。日冕是太陽周圍的一個(gè)區(qū)域，有點(diǎn)像太陽的大氣層。你可以把太陽想象成一個(gè)氣體球，再往外是稀薄的氣體，綿延數(shù)百萬英里。

日冕是一個(gè)很難研究的東西，因?yàn)樘柕谋砻嫣亮耍瑩踝×宋覀兊囊暰€。我們只有在日全食時(shí)才能看到日冕，那時(shí)月亮擋住了太陽的強(qiáng)光。

然而，天文學(xué)家們卻不耐煩了，他們不想等到日全食。因?yàn)槿杖骋荒曛粫l(fā)生一兩次，所以他們找到了一種制造人造日全食的方法。

很簡單，就是在探測器的相機(jī)前用一個(gè)圓形的圓盤遮蔽眩目的太陽，人為制造出日食，所以有時(shí)候，最好的解決方案就是最簡單的解決方案。

2012年7月，太陽與日光層觀測臺探測器(SOHO)發(fā)現(xiàn)了一大塊日冕，幾秒鐘前，另一個(gè)監(jiān)測太陽表面的探測器發(fā)現(xiàn)了一個(gè)明亮的耀斑。

這些事件之間有聯(lián)系嗎?

日冕物質(zhì)拋射其實(shí)就是劇烈的太陽耀斑。如果說太陽耀斑是爆竹的話，那么日冕物質(zhì)拋射更像是原子彈。如果日冕物質(zhì)拋射向我們，就會造成嚴(yán)重影響。

它做的第一件事就是壓縮地球磁場，這導(dǎo)致磁場重新排列，重新連接，粒子流沿著這些磁場向我們的兩極移動。一旦突破了我們地球的磁場防御，日冕物質(zhì)拋射的粒子就會造成嚴(yán)重破壞。

1972年8月，越南局勢高度緊張。當(dāng)磁性傳感器被觸發(fā)時(shí)，二十多個(gè)水雷同時(shí)引爆，一顆衛(wèi)星也因?yàn)楸浑姶琶}沖擊穿而丟失。空軍的一個(gè)傳感器探測到，地球某處發(fā)生了類似核爆炸的情況。

科學(xué)家們很快找到了真正的罪魁禍?zhǔn)住Ｈ彰嵛镔|(zhì)拋射撕裂了地球的磁場并觸發(fā)了磁傳感器。危機(jī)很快緩和下來。

【太陽黑子】

太陽是一個(gè)巨大的等離子體球體，直徑達(dá)約139萬公里。我們無法阻止它做任何它想做的事。我們能做的就是學(xué)會預(yù)測將要發(fā)生的事情。

科學(xué)們在太陽表面發(fā)現(xiàn)移動的巨大的黑暗區(qū)域，稱為太陽黑子。

其實(shí)黑子并不“黑”，它只是比它周圍的區(qū)域暗一點(diǎn)，溫度比太陽的光球?qū)颖砻鏈囟纫?000到2000攝氏度，所以看上去像一些深暗色的斑點(diǎn)。

太陽黑子

1989年3月，一次太陽爆發(fā)，導(dǎo)致加拿大全境停電，航天飛機(jī)出現(xiàn)故障。11年后，太陽再次發(fā)出了強(qiáng)烈的耀斑，并檢測到有記錄以來最強(qiáng)大的日冕物質(zhì)拋射。

太陽有一個(gè)非常可預(yù)測的特性，但實(shí)際上又是相當(dāng)神秘的活動周期。它每11年就會變得非常非常活躍，然后它又回到了平和的狀態(tài)。

這個(gè)11年的周期讓天文學(xué)家們摸不著頭腦。但我們確實(shí)知道的一件事是，在劇烈的太陽活動之前，太陽表面似乎會出現(xiàn)暗斑，即太陽黑子。

太陽黑子是太陽表面的大片區(qū)域，比地球大得多。是由令人難以置信的強(qiáng)磁場干擾等離子體流動造成的。每過11年，這些黑子的數(shù)量就會增加，就像暴風(fēng)雨前聚集的云一樣。

當(dāng)開始看到越來越多的太陽黑子時(shí)，就會看到更強(qiáng)烈更頻繁的太陽耀斑。

但是，是什么推動了這11年的周期呢?具有諷刺意味的是，這個(gè)太陽最可預(yù)測的事情之一，同時(shí)也是最神秘的事情。

科學(xué)家們一直在為太陽黑子的周期而感到困惑。現(xiàn)在，我們終于有了飛往太陽的宇宙飛船并試圖給我們一些答案。

SOHO、SDO和STEREO航天器利用紫外線望遠(yuǎn)鏡監(jiān)測太陽的大氣層。他們發(fā)現(xiàn)了穿過太陽的高能紫外線耀斑。這些光波可能與太陽黑子的周期和太陽的爆發(fā)有關(guān)。

因?yàn)槲覀冊谔柋砻婵吹降囊磺卸际怯善鋬?nèi)部深處的劇烈過程控制的。

太陽是一個(gè)非常簡單的“洋蔥”，最核心的地方是核聚變發(fā)生的地方。周圍的一層被稱為輻射區(qū)，大部分能量在這里通過輻射被推出來。

在它的周圍是所謂的對流區(qū)，那里有大量的羽流和等離子體鏈，不斷地上下移動。但與洋蔥不同的是，“洋蔥”的層會旋轉(zhuǎn)。

太陽內(nèi)部有我們從表面看不到的等離子流。太陽內(nèi)部深處的各層旋轉(zhuǎn)的速度與上面的各層不同。

太陽內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)速度可能是太陽外部的三倍。在太陽的外部，赤道的旋轉(zhuǎn)速度比兩極快。

這些等離子體層相互摩擦，產(chǎn)生了太陽強(qiáng)大的磁場，并產(chǎn)生了太陽黑子、等離子體環(huán)和太陽耀斑。

這種差速旋轉(zhuǎn)使磁場圍繞太陽旋轉(zhuǎn)。所以當(dāng)磁場扭曲得太厲害時(shí)它就開始打結(jié)。這些結(jié)開始浮上表面，這就是我們所看到的太陽黑子。

一旦磁場開始扭曲和相互作用，它們就能將等離子體引導(dǎo)到巨大的等離子流中，并在太陽表面和太陽表面下方形成環(huán)狀。

太陽扭曲的磁場

為什么這些事件每11年爆發(fā)一次還是個(gè)謎，但現(xiàn)在，來自太陽探測器艦隊(duì)的新觀測結(jié)果可能會提供觸發(fā)太陽周期的線索。

通過檢測到紫外線的閃爍，發(fā)現(xiàn)太陽表面下有巨大的移動磁場，在11年的周期中開始從兩極向下移動，并越來越靠近赤道。當(dāng)磁力線穿過恒星時(shí)，它們攜帶著大量的等離子體。

磁力線對地表下的等離子體起著牧羊人的作用，它們將等離子體推到太陽的赤道。磁場捕獲了大量的等離子體，就像大壩后面的水一樣，直到最終水閘打開等離子體就會沖出來。

當(dāng)磁場相遇時(shí)，它們會相互抵消，并釋放等離子體，等離子體會像海嘯一樣返回兩極。

當(dāng)?shù)入x子體從赤道反彈并擊中中緯度兩極的磁場時(shí)，就會產(chǎn)生巨大的磁場活動引發(fā)太陽黑子和太陽循環(huán)的磁場活動。

這也解釋了11年的周期。我們認(rèn)為磁場、紫外線閃爍和等離子體之間的這種關(guān)系驅(qū)動著11年的周期。

目前太陽活動周期已經(jīng)結(jié)束了，但一旦下一次等離子海嘯沖過太陽，我們的恒星就會再次啟動。在接下來的幾年里，我們將開始看到更多的太陽黑子，更多的活動，更多的耀斑。

【太陽風(fēng)】

我們經(jīng)常認(rèn)為太空是空的，但事實(shí)上，我們一直沐浴在一股風(fēng)中，一股時(shí)速達(dá)百萬英里的來自太陽的高能粒子風(fēng)，即太陽風(fēng)。

一股被稱為質(zhì)子的亞原子粒子流，不斷地從太陽的各個(gè)方向流出，并轟擊我們太陽系的各個(gè)行星。

太陽風(fēng)使水星的大氣層剝離;使金星形成嚴(yán)重的溫室效應(yīng);也削弱了火星的大氣層并最終使火星失去了海洋。火星曾經(jīng)是宜居的星球，但太陽風(fēng)很快“解決”了這個(gè)問題。

當(dāng)然我們的地球也受到太陽風(fēng)的攻擊，但是幸好我們有磁場。正是這個(gè)磁場將這些帶電粒子捕獲并將它們引導(dǎo)到地球的兩極。這就是極光的由來。

然而關(guān)于太陽風(fēng)還有一個(gè)謎：就是它的能量巨大，速度達(dá)到了162萬公里每小時(shí)。

是什么給了它能量?

天文學(xué)家認(rèn)為太陽風(fēng)的來源在日冕內(nèi)部，也就是太陽的大氣層。然而SOHO的數(shù)據(jù)顯示，在太陽表面附近，風(fēng)速接近于零!但當(dāng)太陽風(fēng)到達(dá)日冕外時(shí)，它加速到每小時(shí)116萬公里。

太陽表面和日冕之間發(fā)生了一些神秘的事情，給了太陽風(fēng)一個(gè)重?fù)簟?/p>

為了解開謎團(tuán)，我們需要訪問日冕。

因此，美國國家航空航天局派出了一名“偵察員”，在敵后執(zhí)行一項(xiàng)大膽的任務(wù)。帕克太陽探測器，就是這個(gè)膽大妄為的“偵察員”。

它被設(shè)計(jì)用來向太陽俯沖。這個(gè)探測器實(shí)際上向太陽的深處潛去，穿過了一些日冕物質(zhì)。

利用其極紫外望遠(yuǎn)鏡，帕克發(fā)現(xiàn)了下方巨大的黑暗區(qū)域。有一個(gè)非常有趣的區(qū)域，叫做日冕洞。在那里你可以看到太陽的更深處。

日冕洞是太陽日冕中的區(qū)域，那里的大氣溫度較低，密度也較低。當(dāng)探測器經(jīng)過日冕的一個(gè)洞時(shí)，會受到更大的太陽風(fēng)。這些日冕洞似乎是太陽風(fēng)的來源。科學(xué)們認(rèn)為正是通過這些洞，太陽風(fēng)才能逃離太陽。

但最大的問題是，太陽風(fēng)是如何加速遠(yuǎn)離太陽的?

這似乎不合邏輯，你可能會認(rèn)為，當(dāng)某物離開源頭時(shí)，它可能會開始減速，或者至少保持相同的速度。但太陽風(fēng)卻不是這樣，它變得更快。

有什么東西在加速太陽風(fēng)，當(dāng)它遠(yuǎn)離太陽表面時(shí)，速度會更快，溫度也會更高。

帕克太陽探測器在太陽附近潛入……不是去看發(fā)生了什么，而是去聽。聲音這聽起來很詭異，令人毛骨悚然。

這些奇怪的聲音揭示了太陽風(fēng)的破壞力。太陽磁場的起伏會產(chǎn)生波動，波動會穿過太陽風(fēng)的粒子，這些波傳播粒子給它們提供能量。

想象一下，一個(gè)沖浪者在海浪表面滑行，速度越來越快。這些波可以使太陽風(fēng)中的粒子從每小時(shí)0公里加速到116萬公里。這樣這些太陽風(fēng)就有了足夠的動量到達(dá)太陽系深處。

太陽風(fēng)傳播的距離令人難以置信，在上篇《太陽系的邊緣到底在哪兒?答案挺沮喪的》筆者有講述過。

我們對太陽很熟悉，白天你總能看到它照亮地球，為我們提供熱量。太陽塑造了我們的世界，保護(hù)我們免受星際空間的危害，它是驅(qū)動整個(gè)太陽系的引擎。

現(xiàn)在，我們的太陽探測器艦隊(duì)通過所有不同的波長進(jìn)行觀測，第一次向我們展示了太陽的工作原理。

隨著探測的進(jìn)一步深入，相信我們會揭開越來越多太陽的秘密。而對于我們生命的來源，也終于有了一個(gè)了解。

標(biāo)簽： 監(jiān)測太陽 太陽秘密 太陽耀斑 太陽黑子