星空万象

人类观测太阳的历史非常悠久。 在文明起步的阶段，人类就学会了利用太阳升起和落下来的地点和时间来确定季节和播种的时间。今天全球研究太阳的科学家成千上万，在地面上建立了大量的太阳望远镜，有传统的光学望远镜，也有好多口大锅状围成的天线阵。不同的望远镜有不同的观测波段，除了传统的白光，红外， 还有无线电波等等。尽管做了大量观测，太阳，这颗距离人类最近的恒星还是留下了一些未解之谜。

稻城圆环天线阵（照片为中国科学院国家空间科学中心稻城站站长吴俊伟提供）

第一个谜题通常被称为日冕加热问题， 也常常被我戏称为“油炸冰淇淋”。很多人都知道太阳是一个大火球，内部的热核反应的温度高达上千万度。不过太阳表面的温度并不高，只有大概6000度，而太阳周围大气的温度从较低处的几万度上升到最外层的百万度。如果我们只考虑太阳表面和太阳大气的温度分布，太阳就像一个被泡在热油锅里的冰球一样，因此有油炸冰淇淋之说。什么原因导致太阳大气温度的升高？到现在还是一个谜。

太阳温度分布，日冕加热问题到现在还是未解之谜（图片来源于网址：https://www.mn.uio.no/rocs/english/projects/solaralma/index.html）

另一个难解的谜是太阳风加速问题。太阳风是从太阳上发出的高速等离子体流， 这股粒子流一直弥漫到100多亿公里之外， 我们熟知的八大行星都浸泡在太阳风里。太阳风有两个非常显著的特点，一是稀薄，另一个是快。太阳风稀薄的程度是地球大气无法相比的。地表附近的大气即使稀薄，每立方厘米的粒子个数都是个天文数字，在海平面附近这个数字超过10^20。 而太阳风中每立方厘米只有几个粒子。 笔者做过一个简单的计算，以地球附近的太阳风为例，地球那么大一团的太阳风的重量只有几公斤，大致和一个篮球相当。太阳风另一个特点很难理解，太阳风的速度非常快，高达每秒400公里左右，是高铁速度的几千倍。衡量飞机速度需要和大气中的声音传播的速度（340米/秒）比较．在太阳风中和声波对应的是磁声波，其传播速度是50-100公里/秒。所以太阳风的通常是超“音”速的。太阳风并不是刚刚从太阳出来就很快，刚离开太阳表面的时候速度还很低，离开太阳表面之后速度迅速上升，仿佛是坐上了火箭一样。

太阳风的加速过程。 横轴为离开太阳的距离（单位是太阳半径）， 纵轴为太阳风速度（图片来源于论文：Understanding coronal heating and solar wind acceleration: Case for in situ near-Sun measurements 论文作者MacComas，发表于 2007年3月Review of Geophysics论文详情见链接： https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2006RG000195）

我们用一个类比来看看这个高速的太阳风有多怪？想象一下，一个波光粼粼的湖面上升慢悠悠地升腾起一些水蒸气， 这也是早期研究者对太阳风的理解。不过真实的太阳风速度飞快，而且越往外越快，类似于从湖面上水蒸气高速喷涌而出。什么神秘力量导致了太阳风像武侠小说中的轻功高手一样在向上运动中加速？现在的研究表明，太阳风加速和和太阳大气加热是相互关联的，虽然具体的加热机制成谜，不过他们的能量来源是同一种或者是几种。同样的物理机制产生能量，加热太阳大气的同时，也导致了太阳风的加速运动。

关于太阳的另一个谜是太阳爆发。太阳爆发会产生光、高能粒子和高速等离子体流，如果传播到地球，会导致地球附近空间环境的改变， 严重时可能对卫星、飞机甚至地面的输电设备造成影响，影响地面的通信导航，造成一些严重后果， 科学家把这类事件称为空间天气事件。太阳爆发是空间天气研究非常关注的一个问题。太阳为什么会爆发、什么时间会产生爆发都是未解之谜。通常太阳爆发来源于太阳活动区，也是我们通常说的太阳黑子及其周围区域。不过黑子不一定爆发，大黑子也不一定产生大爆发。2014年，科学家观测到太阳上出现了近三十年来面积最大的黑子， 科学家们都担心会有威力巨大的太阳风暴发生，严重影响人类的社会生活。结果这个面积最大的黑子没有一次像样的爆发。科学家的研究发现太阳爆发的主要原因是来源于磁力线的纽结，而这个大黑子的磁力线并没有特别强的纽结，所以没有大爆发产生。科学家们还在继续努力。也许有一天，科学家们看到太阳上的黑子就能准确预报它什么时间会发生爆发，就像我们预报天气一样。

2014年，美国ＳＤＯ卫星拍摄到近几十年来最大的太阳黑子, 源于网址：https://www.nasa.gov/content/goddard/sdo-observes-largest-sunspot-of-the-solar-cycle/

来源: 中国空间科学学会

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