星空万象

太阳是距离地球最近的恒星，为地球生物提供赖以生存发展的光和热。同时，太阳对地球有巨大影响，其总辐射变化（缓慢、时间尺度大）调控地球长期气候变化，太阳耀斑等剧烈活动（剧烈、快速）导致的太阳风暴则可能对航空航天、导航通讯等高技术系统及远距离输油、输电、输气等系统造成灾害性后果。

关于太阳还有很多重大的未解之谜，其中最主要的有三大科学问题。

第一个问题：太阳活动为什么会有周期性？

太阳活动现象的原动力来自太阳上的磁场，其强磁场结构的表征是太阳黑子，也是太阳光球上的相对低温区域。太阳黑子有着11年的周期，其长期变化和地球气候密切相关，例如气候学上的小冰河时期（约1300年—1850年间），太阳活动显著弱于后续年代的平均水平。不仅如此，太阳黑子的活动对地球磁场和无线通信也有很大影响。1859年发生的“卡林顿”太阳耀斑事件，导致了剧烈的地磁扰动并严重破坏了当时人类社会的高技术系统——全球电报网络，使得人类第一次认识到太阳活动对地球空间环境的影响。

1908年，美国天文学家海耳发现太阳黑子是太阳上的强磁场，第一次证实了宇宙天体中磁场的存在，也揭示了太阳活动源自太阳磁场。然而，太阳磁场是如何产生的？太阳磁场主导的太阳活动为什么会有周期性的变化？这些问题被称为太阳活动周期起源之谜，这是太阳这个高度非线性和复杂系统的本质问题，目前科学界仍然不能给出明确解释，被《科学》杂志列为当代人类社会面临的125个最前沿科学问题之一。

第二个问题：日冕为什么会那么热？

和地球一样，太阳也可从内到外分成很多层次，分别为日核（其温度约1500万摄氏度）、辐射区（约700万摄氏度）、对流区（约200万摄氏度）、光球（数千摄氏度）、色球（数千至数万摄氏度）、日冕（百万摄氏度）。可以看到，太阳的温度结构和地球越往外温度越低明显不同，太阳大气最外层的日冕呈现反常的高温状态，这违背了热力学第二定律，如何解释日冕的加热机制是天体物理的重大科学难题，被《科学》杂志称为天体物理学中“八大未解天文之谜”之一。

第三个问题：如何对太阳活动的日地物理传播过程和行星际效应进行实时观测和预报？

这是保障近邻空间的高技术设备和深空探测顺利进行的至关重要的应用需求。1989年3月，狂暴的日冕物质抛射导致加拿大魁北克省大范围停电事件。这次事件中，魁北克省整个电网在90秒内全面瘫痪，造成直接经济损失约5亿美元。2003年10月的重大太阳活动事件，造成全球范围短波通讯中断，超视距雷达、民航通讯中断，瑞典电网中断1小时，GPS导航出现故障，多颗科学卫星数据丢失。美国国家航空航天局（NASA）《太阳物理以及空间物理发展报告》中也明确指出，太阳探测主要目标是为了更好地理解日地系统、预测空间环境变化及其产生的社会影响。因此，描绘太阳活动在日地空间传播和影响的完整物理图像，是当代日地物理最前沿的科学问题，也是各个科技大国的迫切需求。

在上述三大科学问题中，磁场都起着至关重要的作用。事实上，对于太阳和恒星磁场自身性质的认识也是一个重要的科学问题。但是受到目前的观测能力、技术手段等局限，人类对太阳磁场的了解还不够深入。这就牵引出了天体物理的另一个基本问题：恒星大气中的纤维化辐射磁对流过程。

除了上述科学问题，了解太阳还有很多重要用途。例如，在宇宙中寻找人类的另一个栖息地——宜居行星，并非“有水”“有大气”那么简单，其中一个重要方面就是需要确定宿主恒星对宜居行星的空间天气影响。而要开展这些研究，将“太阳作为一个恒星的整体空间天气行为”研究就显得尤为重要，它是系外行星空间天气宜居性研究的基础。“不识庐山真面目，只缘身在此山中”，目前，这方面的研究还亟待加强。

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